FR2847264A1 - New DNA encoding mutant form of LysE protein, useful for transformation of methanol-utilizing bacteria for production of lysine and arginine, also new transformants - Google Patents
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Abstract
Description
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La présente invention concerne une technique de génie microbien utile pour la production d'aminoacides et plus spécifiquement un ADN codant une protéine LysE mutante, un micro-organisme contenant cet ADN et un procédé de production de L-aminoacides comme la L-lysine ou la L-arginine par fermentation au moyen de ce micro-organisme. The present invention relates to a microbial engineering technique useful for the production of amino acids and more specifically a DNA encoding a mutant LysE protein, a microorganism containing this DNA and a method for producing L-amino acids such as L-lysine or L-arginine by fermentation using this microorganism.
Les L-aminoacides comme la L-lysine, l'acide L-glutamique, la L-thréonine, la L-leucine, la L-isoleucine, la L-valine et la L-phénylalanine sont produits industriellement par fermentation au moyen de micro-organismes appartenant par exemple aux genres Brevibacterium, Corynebacterium, Bacillus, Escherichia, Streptomyces, Pseudomonas, Arthrobacter, Serratia, Penicillium, Candida. Les souches bactériennes isolées à partir de mutants naturels ou artificiels de ces souches bactériennes sont souvent utilisées pour améliorer la productivité de ces micro-organismes. De plus, différentes techniques ont été décrites pour augmenter la production de L-aminoacides à partir de ces souches en augmentant l'activité d'enzymes de biosynthèse de L-aminoacides au moyen de techniques de génie génétique. L-amino acids such as L-lysine, L-glutamic acid, L-threonine, L-leucine, L-isoleucine, L-valine and L-phenylalanine are industrially produced by fermentation using micro -organisms belonging for example to the genera Brevibacterium, Corynebacterium, Bacillus, Escherichia, Streptomyces, Pseudomonas, Arthrobacter, Serratia, Penicillium, Candida. Bacterial strains isolated from natural or artificial mutants of these bacterial strains are often used to improve the productivity of these microorganisms. In addition, various techniques have been described for increasing the production of L-amino acids from these strains by increasing the activity of L-amino acid biosynthetic enzymes by means of genetic engineering techniques.
La production de L-aminoacides a augmenté considérablement par culture de micro-organismes tels que ceux mentionnés ci-dessus et du fait des améliorations correspondantes des procédés de production. The production of L-amino acids has increased considerably by culturing microorganisms such as those mentioned above and because of corresponding improvements in the production processes.
Toutefois, pour pouvoir répondre à la demande croissante dans le futur, le développement de procédés permettant une production plus efficace de L-aminoacides à moindre coût est nécessaire. However, in order to meet the increasing demand in the future, the development of processes for more efficient production of L-amino acids at lower cost is necessary.
Le méthanol est une matière première de fermentation connue qui est disponible en grande quantité à faible coût. Des procédés pour produire des L-aminoacides par fermentation avec le méthanol sont connus et comprennent des procédés utilisant des micro-organismes qui appartiennent au genre Achromobacter ou Pseudomonas (demande de brevet japonais publiée (Kokoku) No. 45-25273), Protaminobacter (demande de brevet japonais mise à la disposition du public (Kokai) No. 49-125590), Protaminobacter ou Methanomonas (demande de brevet japonais mise à la disposition du public (Kokai) No. 50-25790), Microcyclus (demande de brevet japonais mise à la disposition du public (Kokai) No. 52-18886), Methylobacillus (demande de brevet japonais mise à la disposition du public (Kokai) No. 4-91793), Bacillus (traduction Japonaise de la demande PCT (Kohyo) No. 3-505284 (WO 90/12105). La Methanol is a known fermentation raw material that is available in large quantities at low cost. Processes for producing L-amino acids by fermentation with methanol are known and include methods using microorganisms that belong to the genus Achromobacter or Pseudomonas (Japanese Patent Application Laid-Open (Kokoku) No. 45-25273), Protaminobacter (Application Japanese Patent Laid-open Patent Application (Kokai) No. 49-125590), Protaminobacter or Methanomonas (Japanese Patent Application Laid-Open (Kokai) No. 50-25790), Microcyclus (Japanese Patent Application Laid-Open available to the public (Kokai) No. 52-18886), Methylobacillus (Japanese Patent Application Laid-Open (Kokai) No. 4-91793), Bacillus (Japanese translation of PCT Application (Kohyo) No. 3-505284 (WO 90/12105).
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demanderesse a développé des procédés pour produire des L-aminoacides par culture de bactéries appartenant aux genres Methylophilus et Methylobacillus au moyen de techniques de mutagenèse artificielle et de génie génétique (demande internationale publiée WO 00/61723 ; demande de brevet japonais mise à la disposition du public (Kokai) No. 2001-120269). Applicant has developed methods for producing L-amino acids by culturing bacteria of the genera Methylophilus and Methylobacillus using artificial mutagenesis and genetic engineering techniques (published international application WO 00/61723; Japanese patent application made available to the Public (Kokai) No. 2001-120269).
Au cours des dernières années, on a identifié des protéines qui ont pour fonction de sécréter spécifiquement un L-aminoacide à l'extérieur d'une cellule ou d'un micro-organisme, ainsi que les gènes codant ces protéines. En particulier, Vrljic et al. ont identifié un gène impliqué dans la sécrétion extracellulaire de L-lysine par une bactérie Corynebacterium (Molecular Microbiology 22 :815-826 (1996)). Ce gène a été appelé lysE et il a été décrit que l'aptitude à produire de la L-lysine de bactéries Corynebacterium pouvait être améliorée en augmentant l'expression de ce gène dans les bactéries (demande de brevet international publiée WO 97/23597). On sait aussi que la production de plusieurs types de L-aminoacides peut être améliorée en augmentant les quantités exprimées de protéines sécrétant des aminoacides dans Escherichia coli (demande de brevet japonais mise à la disposition du public No. 2000-189180). Par exemple, il a été décrit que la production de cystine et de cystéine pouvait être améliorée en augmentant l'expression du gène ORF 306 dans Escherichia coli (demande de brevet européen mise à la disposition du public No. 885962). In recent years, proteins have been identified whose function is to specifically secrete an L-amino acid outside a cell or a microorganism, as well as the genes encoding these proteins. In particular, Vrljic et al. have identified a gene involved in the extracellular secretion of L-lysine by a Corynebacterium bacterium (Molecular Microbiology 22: 815-826 (1996)). This gene has been termed lysE and it has been described that the ability to produce L-lysine of Corynebacterium bacteria could be improved by increasing the expression of this gene in bacteria (published international patent application WO 97/23597). . It is also known that the production of several types of L-amino acids can be improved by increasing the expressed amounts of amino acid-secreting proteins in Escherichia coli (Japanese Patent Application Laid-open No. 2000-189180). For example, it has been reported that the production of cystine and cysteine could be improved by increasing the expression of the ORF 306 gene in Escherichia coli (European Patent Application Laid-open No. 885962).
Cependant, l'amélioration de la production de L-aminoacides par amélioration de leur sécrétion par des bactéries assimilant le méthanol pendant la fermentation n'a pas encore été décrite. De plus, un gène de sécrétion d'aminoacides qui peut présenter une activité de sécrétion dans des bactéries assimilant le méthanol n'a pas été décrit. However, improving the production of L-amino acids by improving their secretion by bacteria assimilating methanol during fermentation has not yet been described. In addition, an amino acid secretion gene that may exhibit secretory activity in bacteria assimilating methanol has not been described.
Ainsi, la présente invention a pour but de fournir un procédé pour produire efficacement de la L-lysine ou de la L-arginine avec du méthanol, qui est disponible en abondance et a peu de frais. Thus, it is an object of the present invention to provide a process for efficiently producing L-lysine or L-arginine with methanol, which is available in abundance and at low cost.
La présente invention a aussi pour but de fournir un ADN codant un mutant de la protéine LysE, ou une protéine homologue de celle-ci, d'une bactérie coryneforme où le mutant, ou la protéine homologue, confère une résistance à un analogue de la L-lysine à une bactérie assimilant le méthanol dans laquelle il est introduit. The present invention also aims to provide a DNA encoding a mutant of the LysE protein, or a protein homologous thereto, of a coryneform bacterium where the mutant, or the homologous protein, confers resistance to an analogue of the L-lysine to a bacterium assimilating the methanol in which it is introduced.
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La présente invention concerne aussi un tel ADN où le mutant est une protéine définie de la manière suivante : (A) une protéine qui a la séquence d'acides aminés de SEQ ID NO: 2, où au moins le résidu glycine à la position 56 est remplacé par un autre aminoacide, ou (B) une protéine qui a la séquence d'aminoacides de SEQ ID NO: 2 où au moins le résidu glycine à la position 56 est remplacé par un autre résidu d'aminoacide, et un ou plusieurs résidus d'aminoacides à des positions différentes du 56ème résidu sont substitués, délétés, insérés ou ajoutés, et, quand ledit mutant est introduit dans une bactérie assimilant le méthanol, il lui confère une résistance à un analogue de la L-lysine. The present invention also relates to such a DNA wherein the mutant is a protein defined as follows: (A) a protein that has the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, wherein at least the glycine residue at position 56 is replaced by another amino acid, or (B) a protein which has the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 where at least the glycine residue at position 56 is replaced by another amino acid residue, and one or more Amino acid residues at different positions of the 56th residue are substituted, deleted, inserted or added, and when said mutant is introduced into a methanol-assimilating bacterium it confers resistance to an L-lysine analogue.
La présente invention concerne aussi un tel ADN où ledit ADN est choisi dans le groupe consistant en A) un ADN qui a la séquence nucléotidique de SEQ ID NO: 1 où une mutation conduit au remplacement d'au moins le 56ème résidu (glycine) de la protéine codée par un autre résidu d'aminoacide, ou B) un ADN qui est hybridable avec la séquence nucléotidique de SEQ ID NO: 1 dans des conditions stringentes, ou une sonde préparée à partir de ladite séquence nucléotidique, ADN ou sonde qui, quand il est introduit dans une bactérie assimilant le méthanol, lui confère une résistance à un analogue de la L-lysine. The present invention also relates to such a DNA wherein said DNA is selected from the group consisting of A) a DNA which has the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 where a mutation leads to the replacement of at least the 56th residue (glycine) of the protein encoded by another amino acid residue, or B) a DNA which is hybridizable with the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 under stringent conditions, or a probe prepared from said nucleotide sequence, DNA or probe which, when it is introduced into a bacteria assimilating methanol, gives it resistance to an analogue of L-lysine.
La présente invention concerne également un tel ADN où l'autre résidu d'aminoacide est un résidu sérine. The present invention also relates to such a DNA wherein the other amino acid residue is a serine residue.
La présente invention concerne également ledit ADN où l'analogue de la L-lysine est la S-(2-aminoéthyl)cystéine. The present invention also relates to said DNA wherein the L-lysine analogue is S- (2-aminoethyl) cysteine.
La présente invention concerne aussi ledit ADN où la bactérie assimilant le méthanol est une bactérie appartenant au genre Methylophilus ou Methylobacillus. The present invention also relates to said DNA wherein the bacterium assimilating methanol is a bacterium belonging to the genus Methylophilus or Methylobacillus.
La présente invention concerne aussi une bactérie appartenant au genre Methylophilus ou Methylobacillus dans laquelle l'ADN ci-dessus est introduit sous une forme pouvant être exprimée et qui est capable de produire de la L-lysine ou de la L-arginine. The present invention also relates to a bacterium belonging to the genus Methylophilus or Methylobacillus in which the above DNA is introduced in a form that can be expressed and is capable of producing L-lysine or L-arginine.
La présente invention concerne également un procédé pour produire de la L-lysine ou de la L-arginine comprenant les étapes de A) culture de la bactérie décrite ci-dessus dans un milieu pour produire et accumuler de la L-lysine ou de la L-arginine dans le milieu, et B) la collecte de la L-lysine ou de la L-arginine à partir de la culture. The present invention also relates to a process for producing L-lysine or L-arginine comprising the steps of A) culturing the bacterium described above in a medium for producing and accumulating L-lysine or L-lysine. arginine in the medium, and B) the collection of L-lysine or L-arginine from the culture.
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La présente invention concerne également un tel procédé dans lequel le milieu contient du méthanol comme source de carbone principale. The present invention also relates to such a process in which the medium contains methanol as the main carbon source.
Selon la présente invention, il est possible d'améliorer la productivité de bactéries assimilant le méthanol en ce qui concerne les L-aminoacides, en particulier en ce qui concerne la L-lysine et la L-arginine. According to the present invention, it is possible to improve the productivity of bacteria assimilating methanol with respect to L-amino acids, in particular with regard to L-lysine and L-arginine.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et se réfère au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple et dans lequel : la figure 1 représente une carte du plasmide pRStac ayant le promoteur tac et du plasmide pRSIysE qui a été construit par insertion du gène lysE dans le plasmide pRStac. The present invention will be better understood on reading the detailed description which follows and refers to the accompanying drawing, given solely by way of example and in which: FIG. 1 represents a map of the plasmid pRStac having the tac promoter and the plasmid pRSIysE which was constructed by insertion of the lysE gene into the plasmid pRStac.
La demanderesse a trouvé initialement que, quand un L-aminoacide, en particulier la L-lysine ou la L-arginine, est produit au moyen de bactéries assimilant le méthanol, en particulier de bactéries appartenant aux genres Methylophilus et Methylobacillus, la sécrétion extracellulaire de ces L-aminoacides ne se produisait pas. Puis, la demanderesse a pu obtenir avec succès des gènes qui présentaient une activité de sécrétion d'aminoacides, en particulier dans ces micro-organismes, et a constaté ainsi qu'il était possible de produire efficacement des aminoacides en utilisant les gènes ainsi obtenus. The applicant initially found that when an L-amino acid, in particular L-lysine or L-arginine, is produced by means of bacteria assimilating methanol, in particular bacteria belonging to the genera Methylophilus and Methylobacillus, the extracellular secretion of these L-amino acids did not occur. Then, the Applicant was able to successfully obtain genes which exhibited an activity of secretion of amino acids, especially in these microorganisms, and thus found that it was possible to efficiently produce amino acids using the genes thus obtained.
La demanderesse a introduit le gène lyse déjà connu, qui provient de bactéries Corynebacterium, dans une bactérie assimilant le méthanol, et a examiné son effet sur la production d'aminoacides. Elle a constaté que l'introduction du gène lyse dans une bactérie assimilant le méthanol conduisait à une mutation ou une délétion de sorte que le gène lysE n'était pas fonctionnel. Typiquement, les protéines responsables de la sécrétion doivent être incorporées dans la membrane cellulaire pour être fonctionnelles de sorte que les conditions concernant la protéine et la membrane comme la composition en lipides doivent être compatibles entre elles. On en a conclu qu'il devrait être difficile d'exprimer une protéine membranaire hétérologue, comme LysE, pour que la protéine puisse être fonctionnelle, et cette conclusion était soutenue par le résultat mentionné précédemment. The Applicant has introduced the already known lysis gene, which is derived from Corynebacterium bacteria, into a bacterium that assimilates methanol, and examined its effect on the production of amino acids. She found that the introduction of the lysis gene into a bacterium that assimilated methanol led to a mutation or deletion so that the lysE gene was not functional. Typically, secretory proteins must be incorporated into the cell membrane to be functional so that protein and membrane conditions such as lipid composition must be compatible with each other. It was concluded that it would be difficult to express a heterologous membrane protein, such as LysE, for the protein to be functional, and this conclusion was supported by the previously mentioned result.
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Ainsi, la demanderesse a trouvé un gène mutant qui était fonctionnel dans une bactérie assimilant le méthanol en recherchant le gène de sécrétion de L-aminoacides mentionné ci-dessus. De plus, la demanderesse a constaté un effet marqué lors de l'utilisation de ce gène mutant dans la production d'aminoacides au moyen d'une bactérie assimilant le méthanol. La demanderesse a obtenu avec succès une pluralité de gènes mutants qui sont fonctionnels dans les bactéries assimilant le méthanol. Thus, the Applicant has found a mutant gene that was functional in a methanol-assimilating bacterium by searching for the L-amino acid secretion gene mentioned above. In addition, the Applicant has noted a marked effect in the use of this mutant gene in the production of amino acids by means of a bacteria assimilating methanol. The Applicant has successfully obtained a plurality of mutant genes that are functional in bacteria assimilating methanol.
L'ADN de la présente invention code un mutant de la protéine LysE, ou une protéine homologue de la protéine LysE, issue d'une bactérie coryneforme, qui peut présenter une fonction de la protéine LysE quand il est introduit dans une bactérie assimilant le méthanol. The DNA of the present invention encodes a mutant of the LysE protein, or a protein homologous to the LysE protein, derived from a coryneform bacterium, which may exhibit a function of the LysE protein when it is introduced into a bacterium assimilating methanol. .
La "fonction de la protéine LysE" signifie au moins l'une des fonctions définies de la manière suivante : (1) une fonction conférant une résistance à un analogue de la L-lysine quand elle est exprimée dans une bactérie assimilant le méthanol lors de l'introduction de l'ADN codant le mutant mentionné ci-dessus. "LysE protein function" means at least one of the functions defined as follows: (1) a function conferring resistance to an L-lysine analogue when expressed in a methanol-assimilating bacterium introducing the DNA encoding the mutant mentioned above.
L'expression "conférant une résistance à un analogue de la L-lysine" à la bactérie signifie que lors de l'introduction de l'ADN codant le mutant de LysE dans la bactérie assimilant le méthanol mentionnée précédemment, la bactérie est capable de croître en présence d'une plus grande concentration d'analogue de L-lysine que dans le cas de bactéries qui ne contiennent pas cet ADN, par exemple des souches de type sauvage des bactéries assimilant le méthanol. Par exemple, après culture sur un milieu gélosé contenant un analogue de L-lysine à une certaine concentration pendant une certaine durée, si une souche transformante de la bactérie assimilant le méthanol dans laquelle ledit ADN est introduit forme des colonies, tandis qu'une souche non transformante ne forme pas de colonies, on peut conclure qu'une résistance à l'analogue de la L-lysine a été conférée à ladite souche transformante. L'analogue de la L-lysine peut être par exemple la S-(2-aminoéthyl)cystéine. The term "conferring resistance to an L-lysine analogue" to the bacterium means that upon introduction of the DNA encoding the LysE mutant into the aforementioned methanol-assimilating bacteria, the bacterium is able to grow in the presence of a higher concentration of L-lysine analogue than in the case of bacteria that do not contain this DNA, for example wild-type strains of bacteria assimilating methanol. For example, after culturing on an agar medium containing an L-lysine analogue at a certain concentration for a certain duration, if a transforming strain of the bacterium assimilating the methanol in which said DNA is introduced forms colonies, while a strain Since the non-transformant does not form colonies, it can be concluded that resistance to the L-lysine analogue has been conferred on said transformant strain. The analogue of L-lysine can be, for example, S- (2-aminoethyl) cysteine.
(2) une fonction d'amélioration de la sécrétion extracellulaire de la L-lysine et/ou de la L-arginine, quand ledit mutant est introduit dans une bactérie assimilant le méthanol. (2) a function of improving the extracellular secretion of L-lysine and / or L-arginine, when said mutant is introduced into a bacteria assimilating methanol.
L'expression "amélioration de la sécrétion extracellulaire de la L-lysine et/ou de la L-arginine" signifie que, quand une bactérie assimilant The expression "enhancement of the extracellular secretion of L-lysine and / or L-arginine" means that when a bacterium assimilating
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le méthanol contenant l'ADN selon la présente invention est cultivée, la quantité de L-lysine et/ou de L-arginine sécrétée dans le milieu est augmentée par rapport à la bactérie assimilant le méthanol qui ne contient pas l'ADN de la présente invention. L'amélioration de la sécrétion extracellulaire de L-aminoacides se traduit par une concentration accrue du L-aminoacide accumulé dans le milieu pendant la culture d'une bactérie assimilant le méthanol contenant l'ADN de la présente invention, par rapport à une bactérie assimilant le méthanol qui ne contient pas cet ADN, par suite de l'introduction de l'ADN. De plus, l'amélioration de la sécrétion extracellulaire du L-aminoacide peut aussi être observée quand une plus faible concentration de L-aminoacide intracellulaire est détectée lors de l'introduction de l'ADN de la présente invention dans une bactérie assimilant le méthanol. the methanol containing the DNA according to the present invention is cultured, the amount of L-lysine and / or L-arginine secreted in the medium is increased relative to the bacteria assimilating methanol which does not contain the DNA of the present invention invention. Improving the extracellular secretion of L-amino acids results in an increased concentration of the L-amino acid accumulated in the medium during the cultivation of a bacterium assimilating the methanol containing the DNA of the present invention, compared to a bacterium assimilating methanol that does not contain this DNA, as a result of the introduction of DNA. In addition, enhancement of extracellular secretion of L-amino acid can also be observed when a lower concentration of intracellular L-amino acid is detected upon introduction of the DNA of the present invention into a methanol-assimilating bacterium.
Selon la présente invention, la bactérie assimilant le méthanol est une bactérie qui peut se développer en utilisant le méthanol comme principale source de carbone, et dans laquelle la fonction de la protéine LysE est exprimée quand l'ADN selon la présente invention est introduit. Une telle bactérie peut être par exemple une bactérie Methylophilus comme une bactérie Methylophilus methylotrophus ou Methylobacillus
comme Methylobacillus glycogenes et Methylobacillus f7agellatum. According to the present invention, the bacterium assimilating methanol is a bacterium that can grow using methanol as the main carbon source, and in which the function of the LysE protein is expressed when the DNA according to the present invention is introduced. Such a bacterium may for example be a Methylophilus bacterium such as a bacterium Methylophilus methylotrophus or Methylobacillus
such as Methylobacillus glycogenes and Methylobacillus f7agellatum.
La souche AS1 (NCIMB10515) est un exemple de bactérie Methylophilus methylotrophus. La souche Methylophilus methylotrophus AS1 (NCIMB10515) est disponible auprès des National Collections of Industrial and Marine Bacteria (Adresse : NCIMB Lts., Torry Research Station, 135, Abbey Road, Aberdeen AB9 8DG, Royaume Uni). The strain AS1 (NCIMB10515) is an example of the bacterium Methylophilus methylotrophus. Methylophilus methylotrophus strain AS1 (NCIMB10515) is available from National Collections of Industrial and Marine Bacteria (Address: NCIMB Lts., Torry Research Station, 135 Abbey Road, Aberdeen AB9 8DG, United Kingdom).
Les bactéries Methylobacillus glycogenes comprennent, mais sans limitation, la souche T-ll (NCIMB11375), la souche ATCC 21276, la souche ATCC 21371, la souche ATR80 (décrite dans Appl. Microbiol. The Methylobacillus glycogenes bacteria include, but are not limited to, strain T-11 (NCIMB11375), ATCC strain 21276, ATCC strain 21371, ATR80 strain (described in Appl Microbiol.
Biotechnol., 42, p. 67-72 (1994)), la souche A513 (décrite dans Appl. Microbiol. Biotechnol., 42, p. 67-72 (1994)). La souche Methylobacillus glycogenes NCIMB 11375 est disponible auprès des National Collections of Industrial and Marine Bacteria (Adresse : NCIMB Lts., Torry Research Station, 135, Abbey Road, Aberdeen AB9 8DG, Royaume Uni). La souche KT est un exemple de bactérie Methylobacillus flagellatum (décrite dans Arch. Microbiol., 149, p. 441-446 (1988)). Biotechnol., 42, p. 67-72 (1994)), strain A513 (described in Appl., Microbiol Biotechnol., 42, pp. 67-72 (1994)). The strain Methylobacillus glycogenes NCIMB 11375 is available from the National Collections of Industrial and Marine Bacteria (Address: NCIMB Lts., Torry Research Station, 135 Abbey Road, Aberdeen AB9 8DG, United Kingdom). Strain KT is an example of the bacterium Methylobacillus flagellatum (described in Arch Microbiol., 149, pp. 441-446 (1988)).
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Un mode de réalisation de l'ADN selon la présente invention est un ADN codant une protéine qui a la séquence d'aminoacides de SEQ ID NO: 2, où au moins le résidu glycine en position 56 est remplacé par un autre résidu d'aminoacide. One embodiment of the DNA according to the present invention is a DNA encoding a protein which has the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, wherein at least the glycine residue at position 56 is replaced by another amino acid residue .
De plus, un mode de réalisation plus spécifique de l'ADN de la présente invention est un ADN codant une protéine qui a la séquence d'aminoacides de SEQ ID NO: 2 et qui comprend une mutation quelconque parmi les suivantes : (i) remplacement du résidu glycine à la position 56 de SEQ ID NO: 2 par un autre résidu d'aminoacide ; (ii) remplacement du résidu glycine à la position 56 de SEQ ID NO: 2 par un autre résidu d'aminoacide, et remplacement du résidu alanine à la position 55 de SEQ ID NO: 2 par un autre résidu d'aminoacide, (iii) remplacement du résidu glycine à la position 56 de SEQ ID NO: 2 par un autre résidu d'aminoacides, et remplacement du résidu acide aspartique à la position 137 de SEQ ID NO: 2 par un autre résidu d'aminoacide. In addition, a more specific embodiment of the DNA of the present invention is a DNA encoding a protein which has the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 and which includes any of the following mutations: (i) replacement glycine residue at position 56 of SEQ ID NO: 2 by another amino acid residue; (ii) replacing the glycine residue at position 56 of SEQ ID NO: 2 with another amino acid residue, and replacing the alanine residue at position 55 of SEQ ID NO: 2 with another amino acid residue, (iii ) replacing the glycine residue at position 56 of SEQ ID NO: 2 with another amino acid residue, and replacing the aspartic acid residue at position 137 of SEQ ID NO: 2 with another amino acid residue.
Le remplacement du résidu glycine par un résidu sérine est un exemple spécifique de remplacement à la 56eme position. Le remplacement du résidu alanine par un résidu thréonine est un exemple spécifique de remplacement à la 55ème position. Le remplacement du résidu acide aspartique par un résidu glycine est un exemple spécifique de remplacement à la 137ème position. Replacing the glycine residue with a serine residue is a specific example of replacement at the 56th position. Replacement of the alanine residue with a threonine residue is a specific example of replacement at 55th position. The replacement of the aspartic acid residue with a glycine residue is a specific example of replacement at the 137th position.
Des modes de réalisation plus spécifiques de l'ADN selon la présente invention codant des protéines ayant les remplacements
mentionnés précédemment sont les ADN appelés lysL562, lysE564 et lysE565 qui sont décrits ici dans les exemples qui suivent. Il s'agit de mutants de gènes isolés à partir de Brevibacterium lactofermentum sous forme d'homologues du gène lyse décrit pour les bactéries Corynebacterium. De ce fait, l'ADN selon la présente invention est appelé aussi "lysE mutant", et la protéine codée par l'ADN de la présente invention est appelée "LysE mutante". More specific embodiments of the DNA according to the present invention encoding proteins having the substitutions
mentioned above are the DNAs designated lysL562, lysE564 and lysE565 which are described here in the examples which follow. These are mutants of genes isolated from Brevibacterium lactofermentum as homologs of the lysis gene described for Corynebacterium bacteria. As a result, the DNA of the present invention is also referred to as "mutant lysE", and the protein encoded by the DNA of the present invention is referred to as "mutant LysE".
Comme ADN codant la protéine LysE de bactéries coryneformes, la séquence nucléotidique de lysE de type sauvage de Brevibacterium lactofermentum est montrée dans SEQ ID NO: 1 et la As the DNA encoding the LysE protein of coryneform bacteria, the wild-type lysE nucleotide sequence of Brevibacterium lactofermentum is shown in SEQ ID NO: 1 and the
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séquence d'aminoacides de la protéine codée est montrée dans SEQ ID NO: 2. The amino acid sequence of the encoded protein is shown in SEQ ID NO: 2.
On a constaté que la glycine à la position 56 depuis l'extrémité amino-terminale est transformée en sérine dans la séquence d'aminoacides de la protéine codée par lysE564, par rapport à la séquence d'aminoacides de SEQ ID NO: 2 codée par lysE de type sauvage. On a constaté que la glycine à la position 56 depuis l'extrémité amino-terminale est transformée en sérine et que l'acide aspartique à la position 137 est transformé en glycine dans la séquence d'aminoacides de la protéine codée par lysE562, par rapport à la séquence d'aminoacides de SEQ ID NO: 2 codée par lysEde type sauvage. On a constaté aussi que la glycine à la position 56 depuis l'extrémité amino-terminale est transformée en sérine et que l'alanine à la position 55 est transformée en thréonine dans la séquence d'aminoacides de la protéine codée par lysE565 par rapport à la séquence d'aminoacides codée par lysE de type sauvage. On a constaté que le point de mutation commun était le remplacement de la glycine par la sérine à la position 56. On a déterminé que la modification à cette position était importante, en particulier pour la production d'un support de sécrétion qui a une activité de sécrétion de la L-lysine dans une bactérie assimilant le méthanol. It has been found that glycine at position 56 from the amino terminus is converted to serine in the amino acid sequence of the lysE564 encoded protein, relative to the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 encoded by wild-type lysE. It has been found that glycine at position 56 from the amino terminus is converted to serine and that aspartic acid at position 137 is converted to glycine in the amino acid sequence of the protein encoded by lysE562, relative to to the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 encoded by wild-type lysEde. It has also been found that glycine at position 56 from the amino terminus is converted to serine and that alanine at position 55 is converted to threonine in the amino acid sequence of the protein encoded by lysE565 relative to the amino acid sequence encoded by wild type lysE. The common mutation point was found to be the replacement of glycine by serine at position 56. It was determined that modification at this position was important, particularly for the production of a secretory carrier that has activity of secretion of L-lysine in a bacteria assimilating methanol.
L'ADN de la présente invention peut coder une séquence d'aminoacides incluant une substitution, une délétion, une insertion ou une addition d'un ou plusieurs résidus d'aminoacides à des positions différentes des positions 55,56 et 137, à condition que la LysE mutante codée comporte l'une des mutations mentionnées précédemment et présente la fonction de la protéine LysE dans une bactérie assimilant le méthanol. Le terme "plusieurs" tel qu'il est utilisé ici varie en fonction des positions des résidus d'aminoacides dans la structure tridimensionnelle de la protéine et des types d'aminoacides. Cependant, il signifie de préférence 2 à 10 résidus d'aminoacides, de préférence encore 2 à 5 et de manière particulièrement préférable 2 à 3 résidus d'aminoacides. The DNA of the present invention can encode an amino acid sequence including a substitution, deletion, insertion or addition of one or more amino acid residues at positions other than positions 55, 56 and 137, provided that encoded mutant LysE has one of the mutations mentioned above and shows the function of the LysE protein in a bacteria assimilating methanol. The term "many" as used herein varies depending on the positions of the amino acid residues in the three-dimensional structure of the protein and the types of amino acids. However, it preferably means 2 to 10 amino acid residues, more preferably 2 to 5 and particularly preferably 2 to 3 amino acid residues.
Un ADN codant une protéine sensiblement identique à la LysE mutante mentionnée précédemment peut être obtenu en modifiant la séquence nucléotidique du lysE mutant. Par exemple, il est possible d'employer la mutagenèse dirigée si bien qu'il se produit une substitution, une délétion, une insertion ou une addition d'un ou plusieurs résidus DNA encoding a protein substantially identical to the mutant LysE mentioned above can be obtained by modifying the nucleotide sequence of the mutant lysE. For example, it is possible to employ site-directed mutagenesis so that substitution, deletion, insertion or addition of one or more residues occurs.
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d'aminoacides à un site spécifique. De plus, il est possible aussi d'obtenir un ADN modifié comme décrit ci-dessus grâce à des traitements de mutation connus qui incluent par exemple un procédé de traitement de l'ADN avant le traitement de mutation in vitro avec l'hydroxylamine, par exemple, un procédé de traitement d'un micro-organisme, par exemple d'une bactérie Escherichia, contenant l'ADN avant le traitement de mutation avec des rayons ultraviolets ou un agent mutagène utilisé dans un traitement de mutation courant comme la N-méthyl-N'-nitro-Nnitrosoguanidine (NTG) ou l'acide nitreux. Ces procédés sont décrits par Sambrook, J., Fritsch, E. F., and Maniatis, T., dans "Molecular Cloning A Laboratory Manual, Second Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989). of amino acids at a specific site. In addition, it is also possible to obtain a modified DNA as described above by means of known mutation treatments which include, for example, a method of treating the DNA before the in vitro mutation treatment with hydroxylamine, by for example, a method of treating a microorganism, for example an Escherichia bacterium, containing the DNA before the ultraviolet ray mutation treatment or a mutagenic agent used in a common mutation treatment such as N-methyl -N'-nitro-Nnitrosoguanidine (NTG) or nitrous acid. These methods are described by Sambrook, J., Fritsch, E.F., and Maniatis, T., in "Molecular Cloning A Laboratory Manual, Second Edition," Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989).
Il est possible d'obtenir un ADN codant une protéine sensiblement identique à la LysE mutante en exprimant un ADN incluant l'une quelconque des mutations mentionnées précédemment dans une bactérie assimilant le méthanol et en examinant l'activité du produit exprimé. It is possible to obtain a DNA encoding a protein substantially identical to the mutant LysE by expressing DNA including any of the mutations previously mentioned in a methanol-assimilating bacterium and examining the activity of the expressed product.
Dans la présente invention, les positions des résidus d'aminoacides ne sont pas nécessairement des positions absolues dans chaque protéine LysE, mais des positions relatives aux positions dans la séquence d'aminoacides de SEQ ID NO: 2. Par exemple, quand un résidu d'aminoacide est délété du côté de l'extrémité N-terminale de la position 56, dans la séquence d'aminoacides de SEQ ID NO: 2, le 56ème résidu d'aminoacide devient le 55ème résidu d'aminoacide depuis l'extrémité N-terminale. Dans ce cas, comme le 55eme résidu d'aminoacide depuis l'extrémité N-terminale est un résidu d'aminoacide correspondant au 56ème résidu d'aminoacides dans SEQ ID NO: 2, on l'appellera 56ème résidu d'aminoacide. In the present invention, the positions of the amino acid residues are not necessarily absolute positions in each LysE protein, but positions relative to positions in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2. For example, when a residue of amino acid is deleted at the N-terminal end of position 56, in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, the 56th amino acid residue becomes the 55th amino acid residue from the N-terminus. terminal. In this case, since the 55th amino acid residue from the N-terminus is an amino acid residue corresponding to the 56th amino acid residue in SEQ ID NO: 2, it will be called the 56th amino acid residue.
L'ADN codant la protéine LysE de bactéries coryneformes ou sa protéine homologue, c'est-à-dire le gène lyse ou son gène homologue, peut être obtenu à partir d'un micro-organisme quelconque à condition que le micro-organisme ait des variants de gènes qui peuvent exprimer l'activité de sécrétion de la L-lysine dans une bactérie assimilant le méthanol. Spécifiquement, de tels micro-organismes peuvent être par exemple des bactéries coryneformes comme Corynebacterium glutamicum et Brevibacterium lactofermentum, de bactéries Escherichia comme The DNA encoding the LysE protein of coryneform bacteria or its homologous protein, i.e. the lysis gene or its homologous gene, can be obtained from any microorganism provided that the microorganism has gene variants that can express the secretory activity of L-lysine in a methanol-assimilating bacterium. Specifically, such microorganisms may be for example Coryneform bacteria such as Corynebacterium glutamicum and Brevibacterium lactofermentum, Escherichia bacteria as
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Escherichia coli, des bactéries Pseudomonas comme Pseudomonas aeruginosa, des bactéries Mycobacterium comme Mycobacterium tuberculosis. Escherichia coli, Pseudomonas bacteria such as Pseudomonas aeruginosa, Mycobacterium bacteria such as Mycobacterium tuberculosis.
Des exemples de gènes homologues de lysE comprennent un ADN codant une protéine qui peut être hybridée à une sonde ayant la séquence nucléotidique de SEQ ID NO: 1 ou une partie de celle-ci dans des conditions stringentes, et qui code une protéine qui présente la fonction de la protéine LysE dans une bactérie assimilant le méthanol par suite de la substitution d'aminoacides mentionnée précédemment. Les conditions stringentes mentionnées précédemment comprennent des conditions dans lesquelles un hybride appelé spécifique est formé, et un hybride non spécifique n'est pas formé. Il est délicat d'exprimer clairement cette condition en utilisant une valeur numérique quelconque. Toutefois, par exemple, les conditions stringentes comprennent des conditions dans lesquelles des ADN ayant une grande homologie, par exemple des ADN ayant une homologie de 80 % ou plus, de préférence de 90 % ou plus, de préférence encore de 95 % ou plus, sont hybridés entre eux, tandis que des ADN ayant une homologie inférieure à l'homologie ci-dessus ne s'hybrident pas entre eux. A titre d'alternative, les conditions stringentes sont illustrées par des conditions dans lesquelles des ADN s'hybrident entre eux à une concentration de sels correspondant à des conditions ordinaires de lavage dans l'hybridation de Southern, c'est-à-dire 1 x SSC, 0,1 % SDS, de préférence de 0,1 x SSC, 0,1 % SDS, à 60 C. Examples of lysE homologous genes include DNA encoding a protein that can be hybridized to a probe having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or a portion thereof under stringent conditions, and that encodes a protein that exhibits the LysE protein function in a methanol-assimilating bacterium as a result of the above-mentioned amino acid substitution. The aforementioned stringent conditions include conditions in which a specific so-called hybrid is formed, and a non-specific hybrid is not formed. It is difficult to express this condition clearly by using any numerical value. However, for example, stringent conditions include conditions in which DNAs having a high homology, for example DNAs having a homology of 80% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, are hybridized to each other, while DNAs having a homology less than the above homology do not hybridize with each other. Alternatively, the stringent conditions are illustrated by conditions in which DNAs hybridize to each other at a concentration of salts corresponding to ordinary washing conditions in Southern hybridization, i.e. x SSC, 0.1% SDS, preferably 0.1 x SSC, 0.1% SDS, at 60 ° C.
Il est possible aussi d'utiliser comme sonde une séquence partielle de la séquence nucléotidique de SEQ ID NO: 1. Il est possible de produire des sondes par PCR en utilisant comme amorces des oligonucléotides basés sur la séquence nucléotidique de SEQ ID NO: 1, et comme matrice un fragment d'ADN contenant la séquence nucléotidique de SEQ ID NO: 1. Quand on utilise comme sonde un fragment d'ADN d'environ 300 pb, les conditions de lavage pour l'hybridation peuvent être par exemple 2 x SSC, 0,1 % SDS à 50 C. It is also possible to use as a probe a partial sequence of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1. It is possible to produce probes by PCR using, as primers, oligonucleotides based on the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, and as a template a DNA fragment containing the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1. When a DNA fragment of about 300 bp is used as the probe, the washing conditions for hybridization can be, for example, 2 × SSC. 0.1% SDS at 50 ° C.
Pour améliorer l'expression du gène lysE mutant dans une bactérie assimilant le méthanol comme une bactérie Methylophilus ou une bactérie Methylobacillus, il est possible de ligaturer le fragment de gène contenant le gène lysE mutant à un vecteur qui est fonctionnel dans une bactérie assimilant le méthanol, de préférence un vecteur de type à copies To improve the expression of the mutant lysE gene in a methanol-assimilating bacterium such as a Methylophilus bacterium or a Methylobacillus bacterium, it is possible to ligate the gene fragment containing the mutant lysE gene to a vector that is functional in a methanol-assimilating bacterium. , preferably a copy type vector
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multiples, pour préparer un ADN recombiné que l'on utilise ensuite pour transformer un hôte comme une bactérie assimilant le méthanol. A titre d'alternative, il est possible d'incorporer le gène lyse mutant dans un transposon que l'on introduit dans le chromosome. De plus, il est possible de ligaturer en amont du gène lysE mutant un promoteur qui induit une transcription active dans une bactérie assimilant le méthanol. multiple, to prepare a recombinant DNA that is then used to transform a host like a bacteria assimilating methanol. Alternatively, it is possible to incorporate the mutant lysis gene into a transposon that is introduced into the chromosome. In addition, it is possible to ligate upstream of the mutant lysE gene a promoter that induces active transcription in a bacteria assimilating methanol.
Le document WO 97/23597 décrit lysE et montre seulement le gène lysE de bactéries coryneformes introduit dans une bactérie coryneforme. De plus, ce document mentionne seulement la L-lysine comme aminoacide sécrété, et décrit un système de sécrétion de protéines incluant LysE ayant une structure contenant 6 hélices transmembranaires. Cependant, la demanderesse a confirmé que LysE dérivée de bactéries coryneformes n'est pas fonctionnelle dans des bactéries assimilant le méthanol. WO 97/23597 describes lysE and shows only the lysE gene of coryneform bacteria introduced into a coryneform bacterium. In addition, this document mentions only L-lysine as a secreted amino acid, and describes a protein secretion system including LysE having a structure containing 6 transmembrane helices. However, the Applicant has confirmed that LysE derived from coryneform bacteria is not functional in bacteria assimilating methanol.
De plus, le facteur obtenu est un support de sécrétion de L-lysine qui inclut une mutation par substitution d'un aminoacide à un site spécifique, et il n'est pas possible de déduire un tel facteur d'après les brevets précédents qui concernent lyse
La bactérie assimilant le méthanol selon la présente invention est une bactérie assimilant le méthanol dans laquelle l'ADN mentionné précédemment selon la présente invention est introduit sous une forme pouvant être exprimée et qui est capable de produire de la L-lysine ou de la L-arginine. La bactérie assimilant le méthanol selon la présente invention peut être obtenue en introduisant l'ADN de la présente invention dans une bactérie assimilant le méthanol ayant une aptitude à produire de la L-lysine ou de la L-arginine. La bactérie assimilant le méthanol selon la présente invention peut aussi être obtenue en conférant l'aptitude à la production de L-lysine ou de L-arginine à une bactérie assimilant le méthanol dans laquelle l'ADN de la présente invention a été introduit. De plus, la bactérie assimilant le méthanol selon la présente invention peut être une bactérie à laquelle l'aptitude à la production de L-lysine ou de L-arginine a été conférée par introduction de l'ADN de la présente invention sous une forme pouvant être exprimée. In addition, the factor obtained is an L-lysine secretion support which includes a substitution mutation of an amino acid at a specific site, and it is not possible to deduce such a factor from the previous patents which concern lysis
The methanol-assimilating bacterium according to the present invention is a methanol-assimilating bacterium in which the above-mentioned DNA according to the present invention is introduced in a form which can be expressed and which is capable of producing L-lysine or L-Lysine. arginine. The methanol-assimilating bacterium according to the present invention can be obtained by introducing the DNA of the present invention into a methanol-assimilating bacterium having the ability to produce L-lysine or L-arginine. The methanol-assimilating bacterium according to the present invention can also be obtained by conferring the ability to produce L-lysine or L-arginine on a methanol-assimilating bacterium into which the DNA of the present invention has been introduced. In addition, the bacteria assimilating methanol according to the present invention may be a bacterium to which the ability to produce L-lysine or L-arginine has been conferred by introducing the DNA of the present invention in a form which can to be expressed.
Les bactéries Methylophilus et les bactéries Methylobacillus mentionnées précédemment sont des exemples de bactéries assimilant le méthanol. The Methylophilus bacteria and the Methylobacillus bacteria mentioned above are examples of bacteria assimilating methanol.
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Il est possible d'obtenir une bactérie assimilant le méthanol qui est capable de produire de la L-lysine ou de la L-arginine en conférant une aptitude à la production de L-lysine ou de L-arginine à une souche de type sauvage d'une bactérie assimilant le méthanol. Il est possible d'utiliser des procédés utilisés conventionnellement pour cultiver des bactéries coryneformes ou des bactéries Escherichia pour conférer l'aptitude à la production de L-lysine ou de L-arginine. Par exemple, de tels procédés comprennent, mais sans limitation, l'obtention de souches mutantes auxotrophes, de souches résistantes à un analogue ou de souches mutantes concernant la régulation métabolique, la création de souches recombinées dans lesquelles une enzyme du système de biosynthèse de la L-lysine ou de la L-arginine est activée (voir "Amino Acid Fermentation", the Japan Scientific Societies Press [Gakkai Shuppan Center], 1ère édition, publié le 30 mai 1986, p. 77 à 100). Il est possible de conférer individuellement des propriétés d'auxotrophie, de résistances à un analogue, de mutation concernant la régulation métabolique, notamment, individuellement ou en combinaison, lors de la culture de bactéries produisant de la L-lysine ou de la L-arginine. L'enzyme du système de biosynthèse peut être activée individuellement ou bien il est possible d'activer deux ou plusieurs enzymes de ce type en combinaison. De plus, il est possible de conférer des propriétés incluant l'auxotrophie, la résistance à un analogue, la mutation concernant la régulation métabolique et de conférer en combinaison la stimulation de l'enzyme du système de biosynthèse. It is possible to obtain a bacterium that assimilates methanol which is capable of producing L-lysine or L-arginine by conferring an ability to produce L-lysine or L-arginine on a wild-type strain. a bacterium assimilating methanol. It is possible to use methods conventionally used to culture coryneform bacteria or Escherichia bacteria to confer the ability to produce L-lysine or L-arginine. For example, such methods include, but are not limited to, obtaining auxotrophic mutant strains, analog-resistant strains, or mutant strains for metabolic regulation, creating recombinant strains in which an enzyme of the biosynthetic system of the L-lysine or L-arginine is activated (see "Amino Acid Fermentation", Japan Scientific Societies Press [Gakkai Shuppan Center], 1st edition, published May 30, 1986, pp. 77-100). It is possible to individually confer properties of auxotrophy, resistance to an analogue, mutation concerning metabolic regulation, in particular, individually or in combination, when culturing bacteria producing L-lysine or L-arginine. . The enzyme of the biosynthetic system can be activated individually or it is possible to activate two or more enzymes of this type in combination. In addition, it is possible to confer properties including auxotrophy, analogue resistance, metabolic regulation mutation and to confer in combination the stimulation of the enzyme of the biosynthetic system.
Par exemple, il est possible de cultiver des bactéries produisant de la L-lysine pour qu'elles soient auxotrophes pour la L-homosérine ou pour la L-thréonine et la L-méthionine (demandes de brevet japonais publiées n 48-28078 et 56-6499) ou pour qu'elles soient auxotrophes pour l'inositol ou l'acide acétique (demandes de brevet japonais mises à la disposition du public n 55-9784 et 56-8692), ou pour qu'elles soient résistantes à l'oxalysine, l'hydroxamate de lysine, la S-(2aminoéthyl)cystéine, la méthyllysine, l'a-chlorocaprolactame, le DL-a-
amino-e-caprolactame, l'a-aminolauryllactame, un analogue de l'acide aspartique, un médicament de type sulfonamide, un quinoïde ou la Nlauroylleucine. For example, L-lysine-producing bacteria may be cultured to be auxotrophic for L-homoserine or for L-threonine and L-methionine (Japanese Published Patent Application Nos. 48-28078 and 56). -6499) or to be auxotrophic for inositol or acetic acid (Japanese Patent Applications Laid-open Nos. 55-9784 and 56-8692), or to be resistant to oxalysine, lysine hydroxamate, S- (2-aminoethyl) cysteine, methyllysine, α-chlorocaprolactam, DL-α-
amino-ε-caprolactam, α-aminolauryllactam, an aspartic acid analog, a sulfonamide drug, a quinoid or Nlauroylleucine.
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Il est possible de cultiver des bactéries produisant de la L-arginine pour qu'elles soient résistantes à un certain agent, par exemple un médicament de type sulfonamide, la 2-thiazolalanine, l'acide a-amino- -hydroxyvalérique, pour qu'elles soient auxotrophes pour la L-histidine, la L-proline, la L-thréonine, la L-isoleucine, la L-méthionine ou le L-tryptophane en plus de la résistance à la 2-thiazolalanine (demande de brevet japonais mise à la disposition du public n 54-44096), pour qu'elles soient résistantes à l'acide cétomalonique, à l'acide fluoromalonique ou à l'acide monofluoroacétique (demande de brevet japonais mise à la disposition du public n 57-18989), pour qu'elles soient résistantes à l'argininol (demande de brevet japonais mise à la disposition du public n 62-24075), pour qu'elles soient résistantes à la X-guanidine (X représente un dérivé d'acide gras ou une chaîne aliphatique, demande de brevet japonais mise à la disposition du public n 2-186995), pour qu'elles soient résistantes au 5-azauracile, au 6-azauracile, au 2-thiouracile, au 5fluorouracile, au 5-bromouracile, à la 5-azacytosine, à la 6-azacytosine, pour qu'elles soient résistantes à l'hydroxamate d'arginine et au 2-thiouracile, pour qu'elles soient résistantes à l'hydroxamate d'arginine et au 6-azauracile (demande de brevet japonais mise à la disposition du public n 57-150381), pour qu'elles soient résistantes à un analogue de l'histidine ou à un analogue du tryptophane (demande de brevet japonais mise à la disposition du public n 52-114092), pour qu'elles soient auxotrophes pour au moins une substance parmi la méthionine, l'histidine, la thréonine, la proline, l'isoleucine, la lysine, l'adénine, la guanine et l'uracile (ou un précurseur de l'uracile) (demande de brevet japonais mise à la disposition du public n 52-99289), pour qu'elles soient résistantes à l'hydroxamate d'arginine (demande de brevet japonais publiée n 51- 6754), pour qu'elles soient auxotrophes pour l'acide succinique ou résistantes à un analogue de base d'acide nucléique (demande de brevet japonais mise à la disposition du public n 58-9692), pour qu'elles soient incapables de métaboliser l'arginine et pour qu'elles soient résistantes à un antagoniste de l'arginine et à la canavanine et qu'elles soient auxotrophes pour la lysine (demande de brevet japonais mise à la disposition du public n 52-8729), pour qu'elles soient résistantes à l'arginine, à l'hydroxamate d'arginine, à l'homoarginine, à la D-arginine et à la canavanine, ou qu'elles soient résistantes à l'hydroxamate d'arginine et au 6-azauracile (demande L-arginine-producing bacteria can be cultured to be resistant to a certain agent, for example a sulfonamide drug, 2-thiazolalanine, α-aminohydroxyvaleric acid, so that they are auxotrophic for L-histidine, L-proline, L-threonine, L-isoleucine, L-methionine or L-tryptophan in addition to resistance to 2-thiazolalanine (Japanese patent application Public Notice 54-44096), to be resistant to ketomalonic acid, fluoromalonic acid or monofluoroacetic acid (Japanese Patent Application Laid-open No. 57-18989), to be resistant to argininol (Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-24075), to be resistant to X-guanidine (X represents a fatty acid derivative or a chain aliphatic, Japanese patent application made available to the public n 2-186995), so that they are resistant to 5-azauracil, 6-azauracil, 2-thiouracil, 5-fluorouracil, 5-bromouracil, 5-azacytosine, 6-azacytosine, so that they are resistant to arginine hydroxamate and 2-thiouracil, to be resistant to arginine hydroxamate and 6-azauracil (Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-150381), to be resistant to a histidine analog or a tryptophan analogue (Japanese Patent Application Laid-Open No. 52-114092), to be auxotrophic for at least one of methionine , histidine, threonine, proline, isoleucine, lysine, adenine, guanine and uracil (or a precursor of uracil) (Japanese Patent Application Laid-Open No. 52 -99289), so that they are resistant to arginine hydroxamate (Japanese Patent Application Laid-open No. 51-6754), for that they are auxotrophic for succinic acid or resistant to a nucleic acid base analogue (Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-9692), so that they are unable to metabolize arginine and to be resistant to an arginine and canavanine antagonist and to be auxotrophic for lysine (Japanese Patent Application Laid-open No. 52-8729), so that they are resistant to arginine, arginine hydroxamate, homoarginine, D-arginine and canavanine, or that they are resistant to arginine hydroxamate and 6-azauracil (application
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de brevet japonais mise à la disposition du public n 53-143288), ou pour qu'elles soient résistantes à la canavanine (demande de brevet japonais mise à la disposition du public n 53-3586). Japanese Patent Publication No. 53-143288), or to be resistant to canavanine (Japanese Patent Application Laid Open No. 53-3586).
Dans la suite, des procédés pour conférer ou améliorer l'aptitude à la production de L-aminoacides par amélioration d'un gène d'une enzyme de biosynthèse de L-aminoacides sont présentés à titre d'exemple. In the following, methods for imparting or improving the ability to produce L-amino acids by improving a gene of an L-amino acid biosynthesis enzyme are provided by way of example.
Il est possible de conférer une aptitude à la production de L-lysine par exemple en augmentant les activités de la dihydrodipicolinate synthase et de l'aspartokinase. Il est possible d'améliorer les activités de la dihydrodipicolinate synthase et de l'aspartokinase dans une bactérie assimilant le méthanol en transformant l'hôte constitué par la bactérie assimilant le méthanol avec un ADN recombiné qui a été préparé en ligaturant un fragment de gène codant la dihydrodipicolinate synthase et un fragment de gène codant l'aspartokinase avec un vecteur qui est fonctionnel dans la bactérie assimilant le méthanol, de préférence un vecteur de type à copies multiples. Les activités de la dihydrodipicolinate synthase et de l'aspartokinase sont améliorées par suite de l'augmentation du nombre de copies des gènes codant les enzymes dans la souche transformée. Dans la suite, la dihydrodipicolinate synthase, l'aspartokinase et l'aspartokinase III sont appelées également DDPS, AK et AKIII, respectivement. It is possible to confer an ability to produce L-lysine for example by increasing the activities of dihydrodipicolinate synthase and aspartokinase. It is possible to improve the activities of dihydrodipicolinate synthase and aspartokinase in a methanol-assimilating bacterium by transforming the methanol-assimilating bacteria host into a recombinant DNA that has been prepared by ligating a coding gene fragment. dihydrodipicolinate synthase and a gene fragment encoding aspartokinase with a vector which is functional in the methanol-assimilating bacterium, preferably a multi-copy type vector. The activities of dihydrodipicolinate synthase and aspartokinase are enhanced as a result of the increased copy number of the genes encoding the enzymes in the transformed strain. In the following, dihydrodipicolinate synthase, aspartokinase and aspartokinase III are also called DDPS, AK and AKIII, respectively.
Un microorganisme quelconque peut fournir les gènes qui codent DDPS et AK à condition que le micro-organisme choisi contienne des gènes qui peuvent exprimer une activité DDPS et une activité AK dans une bactérie assimilant le méthanol. Un tel micro-organisme peut être une souche de type sauvage ou une souche mutante dérivée de la précédente. Any microorganism can provide the genes that encode DDPS and AK provided that the selected microorganism contains genes that can express DDPS activity and AK activity in a methanol-assimilating bacterium. Such a microorganism may be a wild-type strain or a mutant strain derived from the previous one.
Spécifiquement, de tels micro-organismes peuvent être par exemple la souche de E coli (Escherichia colt) K-12, la souche de Methylophilus methylotrophus AS1 (NCIMB10515) et la souche de Methylobacillus glycogenes T-ll (NCIMB11375). Il est possible d'obtenir ces gènes par PCR en utilisant des amorces synthétisées sur la base des séquences nucléotidiques connues de DDPS (dapA, Richaud, F. et al., J. Bacteriol., 297 (1986)) et AKIII (lyse, Cassan, M., Parsot, C. Cohen, G.N. and Patte, J.C., J. Biol. Chem., 261,1052 (1986)) et en utilisant comme matrice Specifically, such microorganisms may be for example the strain of E. coli (Escherichia coli) K-12, the strain of Methylophilus methylotrophus AS1 (NCIMB10515) and the strain of Methylobacillus glycogenes T-11 (NCIMB11375). It is possible to obtain these genes by PCR using primers synthesized on the basis of known nucleotide sequences of DDPS (dapA, Richaud, F. et al., J. Bacteriol., 297 (1986)) and AKIII (lysis, Cassan, M., Parsot, C. Cohen, GN and Patte, JC, J. Biol Chem., 261, 1052 (1986)) and using as a template
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l'ADN chromosomique d'un micro-organisme comme E coli K-12. Des exemples spécifiques comprennent dapA et /ysCprovenant de E coli. the chromosomal DNA of a microorganism such as E. coli K-12. Specific examples include dapA and / or E. coli.
De préférence, la DDPS et la AK utilisées dans la présente invention ne sont pas soumises à une rétro-inhibition par la L-lysine. On sait que la DDPS de type sauvage provenant de E coli est soumise à une rétro-inhibition par la L-lysine (voir les brevets US 5 661 012 et 6 040 160) et que la AKIII de type sauvage provenant de E coli est soumise à une suppression et à une rétro-inhibition par la L-lysine. De ce fait, dapA et lysC codent de préférence DDPS et AKIII, respectivement, contenant chacune une mutation qui élimine la rétro-inhibition par la L-lysine lors de l'introduction dans une bactérie assimilant le méthanol. Dans la suite, la DDPS qui contient une mutation qui élimine la rétro-inhibition par la L-lysine peut également être appelée "DDPS mutante" et l'ADN codant la DDPS mutante peut aussi être appelé "dapA mutant" ou "dapA*". La AKIII issue de E. coli qui contient une mutation qui élimine la rétro-inhibition par la L-lysine peut aussi être appelée "AKIII mutante", et l'ADN codant la AKIII mutante peut aussi être appelé "/ysCmutant". Preferably, the DDPS and AK used in the present invention are not subject to feedback inhibition by L-lysine. Wild type DDPS from E. coli is known to be back-inhibited by L-lysine (see US Pat. Nos. 5,661,012 and 6,040,160) and wild-type AKIII from E. coli is subject. suppression and feedback inhibition by L-lysine. Therefore, dapA and lysC preferably encode DDPS and AKIII, respectively, each containing a mutation that eliminates feedback inhibition by L-lysine upon introduction into a methanol-assimilating bacterium. In the following, the DDPS which contains a mutation that eliminates feedback inhibition by L-lysine may also be referred to as "mutant DDPS" and the DNA encoding the mutant DDPS may also be referred to as "mutant dapA" or "dapA *". . AKIII derived from E. coli that contains a mutation that eliminates feedback inhibition by L-lysine may also be referred to as "mutant AKIII", and DNA encoding mutant AKIII may also be referred to as "mutant".
Cependant, il n'est pas toujours nécessaire que la DDPS et la AK soient mutées selon la présente invention. On sait que, par exemple, la DDPS dérivée de bactéries Corynebacterium ne subit pas de rétroinhibition par la L-lysine (voir la demande de brevet coréen publiée n 92-8382, et les brevets US n 5 661 012 et 6 040 160). However, it is not always necessary that DDPS and AK be mutated according to the present invention. It is known that, for example, DDPS derived from Corynebacterium bacteria is not back-inhibited by L-lysine (see published Korean Patent Application No. 92-8382, and US Patent Nos. 5,661,012 and 6,040,160).
Une séquence nucléotidique de dapA de type sauvage provenant de E. coli est présentée à titre d'exemple dans SEQ ID NO: 3, et la séquence d'aminoacides de la DDPS de type sauvage codée par cette séquence nucléotidique est présentée à titre d'exemple dans SEQ ID NO: 4. A wild-type dapA nucleotide sequence from E. coli is exemplified in SEQ ID NO: 3, and the amino acid sequence of the wild-type DDPS encoded by this nucleotide sequence is presented as a example in SEQ ID NO: 4.
L'ADN codant la DDPS mutante qui ne subit pas de rétroinhibition par la L-lysine peut être un ADN codant la DDPS ayant la séquence d'aminoacides de SEQ ID NO: 4, incluant le remplacement du résidu histidine à la position 118 de SEQ ID NO: 4 par un résidu tyrosine. The DNA encoding the mutant DDPS which does not undergo feedback inhibition by L-lysine may be a DNA encoding the DDPS having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4, including the replacement of the histidine residue at position 118 of SEQ ID NO: 4 by a tyrosine residue.
De plus, l'ADN codant la AKIII mutante qui ne subit pas de rétro-inhibition par la L-lysine peut être un ADN codant la AKIII ayant une séquence d'aminoacides incluant le remplacement de la thréonine à la position 352 par un résidu isoleucine (pour la séquence de AKIII, voir les brevets US n 5 661 012 et 6 040 160). In addition, the DNA encoding the mutant AKIII that does not undergo feedback inhibition by L-lysine may be a DNA encoding AKIII having an amino acid sequence including the replacement of threonine at position 352 by an isoleucine residue. (For the sequence of AKIII, see U.S. Patent Nos. 5,661,012 and 6,040,160).
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Le plasmide utilisé pour le clonage de gène peut être un plasmide quelconque à condition qu'il puisse se répliquer dans des microorganismes comme des bactéries Escherichia. Spécifiquement, de tels plasmides comprennent par exemple pBR322, pTWV228, pMW119 et pUC19. The plasmid used for gene cloning can be any plasmid provided that it can replicate in microorganisms such as Escherichia bacteria. Specifically, such plasmids include, for example, pBR322, pTWV228, pMW119 and pUC19.
Les vecteurs qui sont fonctionnels dans les bactéries Methylophilus comprennent par exemple un plasmide qui peut se répliquer de manière autonome dans des bactéries Methylophilus. Spécifiquement, il peut s'agir de RSF1010 qui est un vecteur à large spectre d'hôtes, et de dérivés de celui-ci, de pAYC32 (Chistorerdov, A.Y., Tsygankov, Y. D. Vectors that are functional in Methylophilus bacteria include, for example, a plasmid that can self-replicate in Methylophilus bacteria. Specifically, it may be RSF1010 which is a broad-spectrum host vector, and derivatives thereof, pAYC32 (Chistorerdov, A.Y., Tsygankov, Y. D.
Plasmid, 16,161-167 (1986)), et de pMFY42 (Gène, 44,53 (1990)), pRP301, pTB70 (Nature, 287,396, (1980)). Plasmid, 16, 161-167 (1986)), and pMFY42 (Gene, 44.53 (1990)), pRP301, pTB70 (Nature, 287, 396, (1980)).
En outre, les vecteurs qui sont fonctionnels dans les bactéries Methylobacillus comprennent par exemple un plasmide qui peut se répliquer de manière autonome dans des bactéries Methylobacillus. Il peut s'agir par exemple de RSF1010 qui est un vecteur à large spectre d'hôtes et de dérivés de celui-ci comme pMFY42 (Gène, 44,53, (1990)). In addition, vectors that are functional in Methylobacillus bacteria include, for example, a plasmid that can autonomously replicate in Methylobacillus bacteria. It may be for example RSF1010 which is a broad-spectrum vector of hosts and derivatives thereof such as pMFY42 (Gene, 44,53, (1990)).
Pour préparer un ADN recombiné par ligature de dapA et lysCà un vecteur qui est fonctionnel dans une bactérie assimilant le méthanol, le vecteur est soumis à une digestion avec une enzyme de restriction appropriée pour les extrémités d'un fragment d'ADN contenant dapA et lysC. La ligature est habituellement accomplie au moyen d'une ligase comme l'ADN ligase de T4. Les gènes dapA et lysC peuvent être incorporés dans des vecteurs séparés ou dans le même vecteur. To prepare a recombinant DNA by ligation of dapA and lysC to a vector that is functional in a methanol-assimilating bacterium, the vector is subjected to restriction enzyme digestion appropriate for the ends of a DNA fragment containing dapA and lysC. . Ligation is usually accomplished by means of a ligase such as T4 DNA ligase. The dapA and lysC genes can be incorporated in separate vectors or in the same vector.
On connaît le plasmide à large gamme d'hôtes RSFD80 (WO 95/16042) que l'on peut utiliser dans la présente invention comme plasmide ayant un dapA mutant codant une DDPS mutante et un lysC mutant codant une AKIII mutante. La souche de E coli JM109 transformée avec ce plasmide a été appelée AJ12396 et a été déposée auprès du National Institute of Bioscience of Advanced Industrial Science and Technology le 28 octobre 1993, et s'est vue attribuer le numéro de dépôt FERM P-13936. Par la suite, elle a fait l'objet d'un dépôt international conformément au Traité de Budapest le 1er novembre 1994 et s'est vue attribuer le numéro de dépôt FERM BP-4859. RSFD80 peut être obtenu à partir de la souche AJ12396 par un procédé connu. The broad-host RSFD80 plasmid (WO 95/16042) is known which can be used in the present invention as a plasmid having a mutant dapA encoding a mutant DDPS and a mutant lysC encoding a mutant AKIII. The E. coli strain JM109 transformed with this plasmid was named AJ12396 and was deposited with the National Institute of Bioscience of Advanced Industrial Science and Technology on October 28, 1993, and was assigned the FERM deposit number P-13936. Subsequently, it was the subject of an international deposit under the Budapest Treaty on 1 November 1994 and was assigned the FERM deposit number BP-4859. RSFD80 can be obtained from strain AJ12396 by a known method.
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RSFD80 contient un dapA mutant où la séquence nucléotidique de dapA de type sauvage montrée dans SEQ ID NO: 3 est modifiée à la position 623 de C en T. Le résidu histidine à la position 118 de la DDPS de type sauvage de SEQ ID NO: 4, qui est codé par le dapA de type sauvage de SEQ ID NO: 3, est transformé en un résidu tyrosine par suite du changement de nucléotide ci-dessus. De plus, RSFD80 contient un lysC mutant où la séquence nucléotidique de lysC de type sauvage est modifiée à la position 1638 de C en T. Cette mutation conduit à la AKIII mutante, mais la thréonine à la position 352 est transformée en une isoleucine. RSFD80 contains a mutant dapA where the wild-type dapA nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 3 is modified at position 623 of C at T. The histidine residue at position 118 of the wild-type DDPS of SEQ ID NO: 4, which is encoded by the wild-type dapA of SEQ ID NO: 3, is transformed into a tyrosine residue as a result of the above nucleotide change. In addition, RSFD80 contains a mutant lysC where the wild-type lysC nucleotide sequence is modified at position 1638 from C to T. This mutation leads to the mutant AKIII, but threonine at position 352 is transformed to isoleucine.
Il est possible d'utiliser un procédé quelconque pour introduire l'ADN recombiné préparé comme décrit ci-dessus dans une bactérie Methylophilus ou une bactérie Methylobacillus, à condition qu'il conduise à une efficacité de transformation suffisante. Par exemple, il est possible d'utiliser l'électroporation (Canadian Journal of Microbiology, 43,197 (1997)). Any method can be used to introduce the recombinant DNA prepared as described above into a Methylophilus bacterium or a Methylobacillus bacterium, provided that it leads to sufficient transformation efficiency. For example, electroporation can be used (Canadian Journal of Microbiology, 43, 197 (1997)).
Il est possible d'accomplir une amélioration de l'expression d'un gène souhaité en introduisant des copies multiples du gène sur l'ADN chromosomique d'une bactérie Methylophilus. Il est possible d'introduire des copies multiples de dapA et lysC dans l'ADN chromosomique d'une bactérie Methylophilus par recombinaison homologue. Ceci peut être réalisé en ciblant une séquence présente sur l'ADN chromosomique en un certain nombre de copies multiples. Il est possible d'utiliser comme séquence présente sur l'ADN chromosomique en un certain nombre de copies multiples un ADN répétitif ou une répétition inversée présente à l'extrémité d'un élément transposable. A titre d'alternative, comme décrit dans la demande de brevet japonais mise à la disposition du public n 2-109985, il est possible d'introduire des copies multiples du gène voulu dans l'ADN chromosomique en les incorporant dans un transposon puis en le transférant. Dans ces deux procédés, l'activité des gènes souhaités sera amplifiée par suite du nombre de copies accru des gènes souhaités dans les souches transformées. It is possible to achieve an improvement in the expression of a desired gene by introducing multiple copies of the gene onto the chromosomal DNA of a Methylophilus bacterium. It is possible to introduce multiple copies of dapA and lysC into the chromosomal DNA of a Methylophilus bacterium by homologous recombination. This can be achieved by targeting a sequence present on the chromosomal DNA in a number of multiple copies. It is possible to use as the sequence present on the chromosomal DNA in a number of multiple copies a repetitive DNA or an inverted repeat present at the end of a transposable element. Alternatively, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-109985, it is possible to introduce multiple copies of the desired gene into chromosomal DNA by incorporating them into a transposon and then transferring it. In both of these methods, the activity of the desired genes will be enhanced as a result of the increased copy number of the desired genes in the transformed strains.
Outre les procédés d'amplification de gènes ci-dessus, il est possible d'augmenter l'expression du gène souhaité en remplaçant une séquence de contrôle de l'expression, comme les promoteurs de dapA et lyse, par des promoteurs plus forts (voir la demande de brevet japonais mise à la disposition du public n 1-215280). De tels promoteurs forts In addition to the above gene amplification methods, it is possible to increase the expression of the desired gene by replacing an expression control sequence, such as dapA promoters and lysis, with stronger promoters (see Japanese Patent Application Laid Open No. 1-215280). Such strong promoters
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peuvent être par exemple le promoteur lac, le promoteur trp, le promoteur trc, le promoteur tac, le promoteur PR ou le promoteur PL du phage lambda, le promoteur tet, le promoteur amyE ou le promoteur spac. may be for example the lac promoter, the trp promoter, the trc promoter, the tac promoter, the PR promoter or the phage lambda PL promoter, the tet promoter, the amyE promoter or the spac promoter.
L'utilisation de ces promoteurs augmente l'expression du gène souhaité, de sorte que l'activité du produit du gène souhaité est amplifiée. Il est possible de combiner de tels procédés d'augmentation de l'expression de gènes avec les procédés d'amplification de gènes décrits ci-dessus (augmentation du nombre de copies du gène souhaité). The use of these promoters increases the expression of the desired gene, so that the activity of the desired gene product is amplified. It is possible to combine such methods of increasing gene expression with the gene amplification methods described above (increasing the number of copies of the desired gene).
Il est possible de préparer un ADN recombiné en ligaturant un fragment de gène et un vecteur lorsque le vecteur a été digéré avec une enzyme de restriction correspondant à l'extrémité du fragment de gène. It is possible to prepare a recombinant DNA by ligating a gene fragment and a vector when the vector has been digested with a restriction enzyme corresponding to the end of the gene fragment.
Habituellement, on réalise la ligature avec une ligase comme l'ADN ligase de T4. Il est possible d'utiliser des procédés courants bien connus de l'homme du métier qui comprennent la ligature de l'ADN, la préparation de l'ADN chromosomique, la PCR, la préparation d'ADN plasmidique, la transformation, la conception d'oligonucléotides utilisés comme amorces. Usually, ligation is performed with a ligase such as T4 DNA ligase. It is possible to use standard methods well known to those skilled in the art which include DNA ligation, chromosomal DNA preparation, PCR, plasmid DNA preparation, transformation oligonucleotides used as primers.
De tels procédés sont décrits par Sambrook, J., Fritsch, E.F., and Maniatis, T. dans "Molecular Cloning A Laboratory Manual, Second Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989). Such methods are described by Sambrook, J., Fritsch, E. F., and Maniatis, T. in "Molecular Cloning A Laboratory Manual, Second Edition," Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989).
Il est possible d'améliorer non seulement l'expression ou l'activité des gènes de DDPS et AK mais aussi d'autres enzymes impliquées dans la biosynthèse de la L-lysine. De telles enzymes comprennent les enzymes de la voie du diaminopimélate comme la dihydrodipicolinate réductase, la diaminopimélate décarboxylase, la diaminopimélate déshydrogénase (voir WO 96/40934 pour toutes les enzymes précédentes), la phosphoénolpyruvate carboxylase (demande de brevet japonais mise à la disposition du public n 60-87788), l'aspartate aminotransférase (demande de brevet japonais publiée n 6-102028), la diaminopimélate épimérase et l'acide aspartique semialdéhyde déshydrogénase, et les enzymes de la voie de l'aminoadipate comme l'homoaconitate hydratase. It is possible to improve not only the expression or the activity of the DDPS and AK genes but also other enzymes involved in the biosynthesis of L-lysine. Such enzymes include the diaminopimelate pathway enzymes such as dihydrodipicolinate reductase, diaminopimelate decarboxylase, diaminopimelate dehydrogenase (see WO 96/40934 for all the above enzymes), phosphoenolpyruvate carboxylase (Japanese Patent Application Laid-Open) No. 60-87788), aspartate aminotransferase (Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-102028), diaminopimelate epimerase and aspartic acid semialdehyde dehydrogenase, and enzymes of the aminoadipate pathway such as homoaconitate hydratase.
L'aspartokinase, l'acide aspartique semialdéhyde déshydrogénase, la dihydrodipicolinate synthase, la dihydrodipicolinate réductase et la diaminopimélate décarboxylase provenant de Methylophilus methylotrophus sont décrites dans WO 00/61 723. Aspartokinase, aspartic acid semialdehyde dehydrogenase, dihydrodipicolinate synthase, dihydrodipicolinate reductase and diaminopimelate decarboxylase from Methylophilus methylotrophus are described in WO 00/61 723.
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De plus, les micro-organismes selon la présente invention peuvent avoir une activité diminuée d'une enzyme qui catalyse une réaction pour produire un composé différent de la L-lysine par une voie constituant une ramification de la voie de biosynthèse de la L-lysine, ou peuvent être déficients en une telle enzyme. L'homosérine déshydrogénase (voir WO 95/23864) est un exemple d'enzymes qui catalysent une réaction pour former un composé autre que la L-lysine par une voie constituant une ramification de la voie de biosynthèse de la Llysine. In addition, the microorganisms according to the present invention may have decreased activity of an enzyme that catalyzes a reaction to produce a compound other than L-lysine by a branching pathway of the L-lysine biosynthetic pathway. , or may be deficient in such an enzyme. Homoserine dehydrogenase (see WO 95/23864) is an example of enzymes that catalyze a reaction to form a compound other than L-lysine by a branching pathway of the Lysine biosynthetic pathway.
Il est possible de même d'utiliser pour la L-arginine les techniques mentionnées précédemment pour augmenter les activités d'enzymes impliquées dans la biosynthèse de la L-lysine. It is also possible to use for L-arginine the techniques mentioned above to increase the activities of enzymes involved in the biosynthesis of L-lysine.
Il est possible d'améliorer l'aptitude à la production de L-arginine en augmentant l'activité acétylornithine désacétylase, l'activité acide N-acétylglutamique-g-semialdéhyde déshydrogénase, l'activité N-acétylglutamokinase et l'activité argininosuccinase (voir la demande de brevet japonais publiée n 5-23750). It is possible to improve the production ability of L-arginine by increasing acetylornithine deacetylase activity, N-acetylglutamic acid-g-semialdehyde dehydrogenase activity, N-acetylglutamokinase activity and argininosuccinase activity (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-23750).
Il est possible aussi d'améliorer l'aptitude à la production de L-arginine en augmentant l'activité de la glutamate déshydrogénase (EP 1 057 893 Al), de l'argininosuccinate synthase (EPO 999 267 Al), de la carbamoylphosphate synthétase (EP 1 026 247 Al) ou de la N-acétylglutamate synthase (voir la demande de brevet japonais mise à la disposition du public n 57-5693) ou en détruisant le gène codant un répresseur de l'arginine (argR). It is also possible to improve the production capacity of L-arginine by increasing the activity of glutamate dehydrogenase (EP 1 057 893 A1), argininosuccinate synthase (EPO 999 267 A1), carbamoylphosphate synthetase (EP 1 026 247 A1) or N-acetylglutamate synthase (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-5693) or by destroying the gene encoding an arginine repressor (argR).
Production de L-lysine ou de L-arginine
Il est possible de produire la L-lysine ou la L-arginine en cultivant une bactérie assimilant le méthanol comme une bactérie Methylophilus ou une bactérie Methylobacillus, ayant une aptitude à produire la L-lysine ou la L-arginine. Il est possible d'obtenir la L-lysine ou la L-arginine comme décrit ci-dessus à partir du milieu par production et accumulation, puis de recueillir la L-lysine ou la L-arginine à partir de la culture. Production of L-lysine or L-arginine
It is possible to produce L-lysine or L-arginine by culturing a methanol-like bacterium such as a Methylophilus bacterium or a Methylobacillus bacterium, having an ability to produce L-lysine or L-arginine. It is possible to obtain L-lysine or L-arginine as described above from the medium by production and accumulation, and then to collect L-lysine or L-arginine from the culture.
Le micro-organisme utilisé dans la présente invention peut être cultivé par un procédé utilisé typiquement dans la culture de micro-organismes assimilant le méthanol. Il est possible d'utiliser un milieu The microorganism used in the present invention can be cultured by a method typically used in the culture of microorganisms assimilating methanol. It is possible to use a medium
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naturel ou un milieu synthétique comme milieu dans la présente invention, à condition qu'il contienne une source de carbone, une source d'azote, des ions inorganiques et d'autres composants organiques à l'état de traces. or a synthetic medium as a medium in the present invention, provided that it contains a carbon source, a nitrogen source, inorganic ions and other trace organic components.
Si le méthanol est utilisé comme principale source de carbone, la L-lysine ou la L-arginine peut être produite à faible coût. S'il est utilisé comme principale source de carbone, le méthanol est ajouté à un milieu à une concentration de 0,001 à 30 %. Du sulfate d'ammonium, par exemple, est ajouté au milieu comme source d'azote. Il est possible d'ajouter en outre en faibles quantités des composants à l'état de traces comme le phosphate de potassium, le phosphate de sodium, le sulfate de magnésium, le sulfate ferreux et le sulfate de manganèse. If methanol is used as the main carbon source, L-lysine or L-arginine can be produced at low cost. If used as the primary carbon source, methanol is added to medium at a concentration of 0.001 to 30%. Ammonium sulfate, for example, is added to the medium as a nitrogen source. It is also possible to add trace amounts of trace element such as potassium phosphate, sodium phosphate, magnesium sulphate, ferrous sulphate and manganese sulphate in small amounts.
Habituellement, la culture est réalisée dans des conditions aérobies par agitation par secousses ou aération tandis que le pH est maintenu entre 5 et 9, et que la température est maintenue entre 20 et 45 C, et la culture est achevée typiquement en 24 à 120 h. Usually, the culture is carried out under aerobic conditions by shaking or aeration while the pH is maintained between 5 and 9, and the temperature is maintained between 20 and 45 C, and the culture is typically completed in 24 to 120 hours. .
Il est possible de recueillir la L-lysine ou la L-arginine à partir de la culture au moyen d'une combinaison d'un procédé faisant intervenir une résine échangeuse d'ions, d'un procédé de précipitation et d'autres procédés connus. It is possible to collect L-lysine or L-arginine from the culture by a combination of a process involving an ion exchange resin, a precipitation process and other known methods. .
La présente invention va être illustrée par les exemples non limitatifs suivants dans lesquels, sauf indication contraire, on a utilisé des réactifs produits par Wako Pure Chemical Industries ou Nakarai Tesque et des milieux dont les compositions sont présentées ci-dessous. Pour tous les milieux, le pH a été ajusté avec NaOH, KOH ou HCI. The present invention will be illustrated by the following non-limiting examples in which, unless otherwise indicated, reagents produced by Wako Pure Chemical Industries or Nakarai Tesque and media whose compositions are set forth below are used. For all media, the pH was adjusted with NaOH, KOH or HCl.
Milieu LB : Bactotryptone (Difco) 10 g/L Extrait de levure (Difco) 5 g/L NaCI 10 g/L pH 7,0
On a réalisé une stérilisation à la vapeur à 120 C pendant 20 min. Medium LB: Bactotryptone (Difco) 10 g / L Yeast extract (Difco) 5 g / L NaCl 10 g / L pH 7.0
Steam sterilization was performed at 120 ° C. for 20 minutes.
Milieu gélosé LB : Milieu LB Bactogélose 15 g/L LB agar medium: LB medium Bactogelose 15 g / L
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On a réalisé une stérilisation à la vapeur à 120 C pendant 20 min. Steam sterilization was performed at 120 ° C. for 20 minutes.
Milieu SEII : K2HP04 1,9 g/L NaH2P04 1,56 g/L MgS04-7H20 0,2 g/L (NH4)2SO4 5 g/L CuSO4#5H2O 5 g/L MnS04-5H20 25 g/L ZnS04-7H20 23 ug/L CaCl2#2H2O 72 mg/L FeCl3#6H2O 9,7 mg/L CaC03 (Kanto Kagaku) 30 g/L Méthanol 2 % (v/v) pH 7,0
On a soumis les composants différents du méthanol à une stérilisation à la vapeur à 121 C pendant 15 min et on a ajouté le méthanol après avoir refroidi suffisamment le milieu. Medium SEII: K2HPO4 1.9 g / L NaH2PO4 1.56 g / L MgSO4-7H2O 0.2 g / L (NH4) 2SO4 5 g / L CuSO4 # 5H2O 5 g / L MnSO4-5H2O 25 g / L ZnSO4 7H20 23 μg / L CaCl2 # 2H2O 72 mg / L FeCl3 # 6H2O 9.7 mg / L CaCO3 (Kanto Kagaku) 30 g / L Methanol 2% (v / v) pH 7.0
The different methanol components were steam sterilized at 121 ° C for 15 minutes and the methanol was added after cooling the medium sufficiently.
Milieu gélosé SEII : K2HP04 1,9 g/L NaH2P04 1,56 g/L MgSO4#7H2O 0,2 g/L (NH4)2SO4 5 g/L CuSO4#5H2O 5 g/L MnS04-5H20 25 g/L ZnSO4#7H2O 23 g/L CaCl2#2H2O 72 mg/L FeCl3#6H2O 9,7 mg/L Méthanol 0,5 % (v/v) pH 7,0 Bactogélose (Difco) 15 g/L
On a soumis les composants différents du méthanol à une stérilisation à la valeur à 121 C pendant 15 min, et on a ajouté le méthanol après avoir refroidi suffisamment le milieu. SEII agon medium: K2HPO4 1.9 g / L NaH2PO4 1.56 g / L MgSO4 # 7H2O 0.2 g / L (NH4) 2SO4 5 g / L CuSO4 # 5H2O 5 g / L MnSO4-5H2O 25 g / L ZnSO4 # 7H2O 23 g / L CaCl2 # 2H2O 72 mg / L FeCl3 # 6H2O 9.7 mg / L Methanol 0.5% (v / v) pH 7.0 Bactogelose (Difco) 15 g / L
The different methanol components were sterilized at 121 ° C for 15 minutes, and the methanol was added after cooling the medium sufficiently.
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Exemple 1 Construction d'une banque de gène /ysEmutant
Tout d'abord, on a cloné le gène lyse, un gène homologue du gène augmentant la sécrétion de L-lysine connu pour les bactéries Corynebacterium, à partir d'une bactérie Brevibacterium, et on a tenté l'expression du gène dans une bactérie Methylophilus. Example 1 Construction of gene library / ysEmutant
First, the lysis gene, a homologous gene of the L-lysine secretion-increasing gene known for Corynebacterium bacteria, was cloned from a Brevibacterium bacterium, and the expression of the gene in a bacterium was attempted. Methylophilus.
(1) construction de pRSIysE
Pour introduire lysE dans une bactérie Methylophilus, on a utilisé le plasmide connu pRS (voir la demande de brevet international en japonais (Kohyo) n 3-501682) pour construire le plasmide pRSIysE pour l'expression de lyse pRS est un plasmide ayant le segment de vecteur du plasmide pVIC40 (demande de brevet international publiée WO 90/04636, demande de brevet international publiée en japonais n 3-501682) et obtenu à partir de pVIC40 par délétion d'une région d'ADN codant l'opéron thréonine contenu dans le plasmide. Le plasmide pVIC40 est dérivé du vecteur plasmidique à large spectre d'hôtes pAYC32 (Chistorerdov, A.Y., Tsygankov, Y.D., Plasmid, 1986,16, 161-167) qui est un dérivé de RSF1010. (1) building pRSIysE
To introduce lysE into a Methylophilus bacterium, the known plasmid pRS (see International Patent Application in Japanese (Kohyo) No. 3-501682) was used to construct the plasmid pRSIysE for lysis expression. PRS is a plasmid having the of plasmid pVIC40 (published international patent application WO 90/04636, international patent application published in Japanese No. 3-501682) and obtained from pVIC40 by deletion of a DNA region encoding the threonine operon contained in the plasmid. Plasmid pVIC40 is derived from the broad-host plasmid vector pAYC32 (Chistorerov, AY, Tsygankov, YD, Plasmid, 1986,16, 161-167) which is a derivative of RSF1010.
Plus précisément, on a construit pRS de la manière suivante. Specifically, pRS was constructed in the following manner.
On a digéré le plasmide pVIC40 avec EcoRI, on a ajouté à une solution de phénol/chloroforme et on a agité pour terminer la réaction. Puis on a centrifugé le mélange réactionnel, on a recueilli la couche supérieure et on a recueilli les ADN par précipitation à l'éthanol, et on les a séparés sur un gel d'agarose à 0,8 %. On a recueilli un fragment d'ADN d'environ 8 kilopaires de bases (dans la suite kpb) contenant le côté vecteur en utilisant la trousse de collecte d'ADN EASY TRAP Ver. 2 (Takara Shuzo). On a autoligaturé le fragment de région de vecteur du plasmide pVIC40 préparé de la manière décrite ci-dessus en utilisant la trousse DNA Ligation Kit Ver. 2 (Takara Shuzo). On a utilisé cette solution de réaction de ligature pour transformer Escherichia coli (cellules compétentes de E coli JM109, Takara Shuzo). On a appliqué les cellules sur un milieu gélosé LB contenant 20 mg/L de streptomycine et on a incubé pendant une nuit à 37 C. On a inoculé chacune des colonies qui sont apparues sur le milieu gélosé à du milieu liquide LB contenant 20 mg/L de streptomycine et on a cultivé à 37 C pendant 8 h sous agitation. On a extrait l'ADN plasmidique Plasmid pVIC40 was digested with EcoRI, added to a solution of phenol / chloroform and stirred to terminate the reaction. The reaction mixture was then centrifuged, the top layer was collected and the DNAs were collected by ethanol precipitation and separated on a 0.8% agarose gel. A DNA fragment of about 8 kilobase bases (in the kpb sequence) containing the vector side was collected using the EASY TRAP Ver. DNA Collection Kit. 2 (Takara Shuzo). The vector region fragment of plasmid pVIC40 prepared as described above was autoligated using the DNA Ligation Kit Ver kit. 2 (Takara Shuzo). This ligation reaction solution was used to transform Escherichia coli (competent E. coli JM109 cells, Takara Shuzo). The cells were applied to LB agar medium containing 20 mg / L streptomycin and incubated overnight at 37 ° C. Each of the colonies which appeared on the agar medium was inoculated into LB liquid medium containing 20 mg / ml. Of streptomycin and cultured at 37 ° C. for 8 hours with stirring. Plasmid DNA was extracted
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de chaque bouillon de culture par le procédé alcali-SDS, et on a confirmé la structure de chaque plasmide par digestion avec des enzymes de restriction pour obtenir pRS. of each culture broth by the alkali-SDS method, and the structure of each plasmid was confirmed by digestion with restriction enzymes to obtain pRS.
Puis, on a construit à partir de pRS le plasmide pRStac contenant le promoteur tac selon le schéma de la figure 1. On a construit le plasmide pRStac de la manière suivante. On a digéré le vecteur pRS avec les enzymes de restriction EcoRI et PstI, et on a ajouté à une solution de phénol/chloroforme et on a mélangé pour terminer la réaction. Après avoir centrifugé le mélange réactionnel, on a recueilli la couche supérieure et on a recueilli les ADN par précipitation à l'éthanol, et on les a séparés sur un gel d'agarose à 0,8 %. On a recueilli un fragment d'ADN de 8 kpb en utilisant la trousse de collecte d'ADN EASY TRAP Ver. 2 (Takara Shuzo). D'autre part, on a amplifié la région du promoteur tac par PCR en utilisant comme matrice le plasmide pKK223-3 (vecteur d'expression, Pharmacia) et les amorces montrées dans SEQ ID NOS : et 8 (on a réalisé 30 fois un cycle consistant en une dénaturation à 94 C pendant 20 s, une hybridation à 55 C pendant 30 s et une réaction d'extension à 72 C pendant 60 s). Then, plasmid pRStac containing the tac promoter was constructed from pRS according to the scheme of FIG. 1. The plasmid pRStac was constructed in the following manner. The pRS vector was digested with restriction enzymes EcoRI and PstI, and added to a solution of phenol / chloroform and mixed to complete the reaction. After centrifuging the reaction mixture, the top layer was collected and the DNAs were collected by ethanol precipitation, and separated on a 0.8% agarose gel. An 8 kbp DNA fragment was collected using the EASY TRAP Ver. DNA Collection Kit. 2 (Takara Shuzo). On the other hand, the PCR promoter region was amplified by PCR using as template the plasmid pKK223-3 (expression vector, Pharmacia) and the primers shown in SEQ ID NOS: and 8 (one 30-fold cycle consisting of denaturation at 94 ° C. for 20 seconds, hybridization at 55 ° C. for 30 seconds and an extension reaction at 72 ° C. for 60 seconds).
On a utilisé pour la PCR l'ADN polymérase Pyrobest (Takara Shuzo). On a purifié le fragment d'ADN contenant le promoteur tac amplifié en utilisant PCR prep (Promega) puis on l'a digéré au niveau des sites d'enzymes de restriction conçus préalablement dans les amorces, c'est-à-dire au niveau des sites EcoRI et EcoT22I. Puis, on a ajouté le mélange réactionnel à une solution de phénol/chloroforme et on a mélangé pour terminer la réaction. Après avoir centrifugé le mélange réactionnel, on a recueilli la couche supérieure et on a recueilli les ADN par précipitation à l'éthanol et on les a séparés sur un gel d'agarose à 0,8 %. On a recueilli un fragment d'ADN d'environ 0,15 kpb en utilisant EASY TRAP Ver. 2. Pyrobest DNA polymerase (Takara Shuzo) was used for the PCR. The DNA fragment containing the amplified tac promoter was purified using PCR prep (Promega) and then digested at previously established restriction enzyme sites in the primers, i.e. EcoRI and EcoT22I sites. Then, the reaction mixture was added to a phenol / chloroform solution and mixed to complete the reaction. After centrifuging the reaction mixture, the top layer was collected and the DNAs were collected by ethanol precipitation and separated on a 0.8% agarose gel. A DNA fragment of about 0.15 kbp was collected using EASY TRAP Ver. 2.
On a ligaturé les produits de digestion du vecteur pRS et le fragment de région de promoteur tac préparé comme décrit ci-dessus en utilisant la trousse DNA Ligation Kit Ver. 2 (Takara Shuzo). On a utilisé cette solution de réaction de ligature pour transformer Escherichia coli (cellules compétentes de E coli JM109, Takara Shuzo). On a étalé les cellules sur du milieu gélosé LB contenant 20 mg/L de streptomycine et on a incubé pendant une nuit à 37 C. On a inoculé chacune des colonies The pRS vector digestion products and the tac promoter region fragment prepared as described above were ligated using the DNA Ligation Kit Ver kit. 2 (Takara Shuzo). This ligation reaction solution was used to transform Escherichia coli (competent E. coli JM109 cells, Takara Shuzo). The cells were plated on LB agar medium containing 20 mg / L streptomycin and incubated overnight at 37 C. Each of the colonies was inoculated.
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apparaissant sur le milieu gélosé à du milieu liquide LB contenant 20 mg/L de streptomycine et on a cultivé à 37 C pendant 8 h sous agitation. On a extrait l'ADN plasmidique de chaque bouillon de culture par le procédé alcali-SDS et on a confirmé la structure de chaque plasmide par digestion avec des enzymes de restriction pour obtenir pRStac. On a choisi comme pRStac un plasmide dans lequel les directions de transcription du gène de résistance à la streptomycine sur le vecteur pRS et du promoteur tac étaient identiques entre elles. appearing on the agar medium in LB liquid medium containing 20 mg / L of streptomycin and cultured at 37 ° C. for 8 h with stirring. Plasmid DNA was extracted from each culture broth by the alkali-SDS method and the structure of each plasmid was confirmed by digestion with restriction enzymes to obtain pRStac. PRStac was chosen as a plasmid in which the transcriptional directions of the streptomycin resistance gene on the pRS vector and the tac promoter were identical to each other.
On a digéré pRStac obtenu comme décrit ci-dessus avec Sse8387I (Takara Shuzo) et SapI (New England Biolabs), on a ajouté à une solution de phénol/chloroforme et on a mélangé pour terminer la réaction. Après avoir centrifugé le mélange réactionnel, on a recueilli la couche supérieure et on a recueilli les ADN par précipitation à l'éthanol, et on les a séparés sur un gel d'agarose à 0,8 % pour obtenir un fragment d'ADN d'environ 9,0 kpb. PRStac obtained as described above was digested with Sse8387I (Takara Shuzo) and SapI (New England Biolabs), added to a solution of phenol / chloroform and mixed to complete the reaction. After centrifuging the reaction mixture, the top layer was collected and the DNAs were collected by ethanol precipitation, and separated on a 0.8% agarose gel to obtain a DNA fragment. about 9.0 kbp.
On a amplifié aussi par PCR le fragment de gène lyse en utilisant comme matrice le chromosome extrait de la souche de Brevibacterium lactofermentum 2256 (ATCC13869) et les amorces montrées dans SEQ ID NOS : et 10 (dénaturation à 94 C pendant 20 s, hybridation à 55 C pendant 30 s et réaction d'extension à 72 C pendant 90 s). On a utilisé pour la PCR l'ADN polymérase Pyrobest (Takara Shuzo). The lysing gene fragment was also amplified by PCR using the chromosome extracted from the strain Brevibacterium lactofermentum 2256 (ATCC13869) and the primers shown in SEQ ID NOS: as template and (denaturation at 94 C for 20 s, hybridization to 55 C for 30 s and extension reaction at 72 C for 90 sec). Pyrobest DNA polymerase (Takara Shuzo) was used for the PCR.
A ce stade, pour que l'expression du gène lysE soit possible dans une bactérie Methylophilus, on a conçu les amorces de manière que les nucléotides situés à 9-15 pb du codon d'initiation de la traduction du gène lyse soient remplacés par une séquence dont on sait qu'elle est fonctionnelle dans une bactérie Methylophilus (Wyborn, N. R., Mills, J., Williamis, S. G. et Jones, C. W., Eur. J. Biochem., 240,314-322 (1996)). At this stage, so that the expression of the lysE gene is possible in a Methylophilus bacterium, the primers have been designed so that the nucleotides 9-15 bp from the translation initiation codon of the lysis gene are replaced by a a sequence known to be functional in a Methylophilus bacterium (Wyborn, NR, Mills, J., Williamis, SG and Jones, CW, Eur J. Biochem., 240, 314-322 (1996)).
On a purifié le fragment obtenu avec PCR prep (Promega) puis on l'a digéré avec Sse8387I et SapI. On a ajouté le mélange réactionnel à une solution de phénol/chloroforme et on a mélangé pour terminer la réaction. The fragment obtained was purified with PCR prep (Promega) and then digested with Sse8387I and SapI. The reaction mixture was added to a phenol / chloroform solution and mixed to complete the reaction.
Après avoir centrifugé le mélange réactionnel, on a recueilli la couche supérieure et on a recueilli les ADN par précipitation à l'éthanol, et on les a recueillis encore à partir d'un gel d'agarose à 0,8 %. After centrifuging the reaction mixture, the top layer was collected and the DNAs were collected by ethanol precipitation, and further collected from a 0.8% agarose gel.
On a ligaturé les produits de digestion du vecteur pRStac et du fragment de région de gène lyse préparé comme décrit ci-dessus en utilisant la trousse DNA Ligation Kit Ver. 2 (Takara Shuzo). On a utilisé The digests of the pRStac vector and the lysed gene region fragment prepared as described above were ligated using the DNA Ligation Kit Ver Kit. 2 (Takara Shuzo). We used
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cette solution de réaction de ligature pour transformer Escherichia coli (cellules compétentes de E coli JM109, Takara Shuzo). On a étalé les cellules sur du milieu gélosé LB contenant 20 mg/L de streptomycine et on les a incubées pendant une nuit à 37 C. On a inoculé chacune des colonies apparaissant sur le milieu gélosé à du milieu liquide LB contenant 20 mg/L de streptomycine et on a cultivé à 37 C pendant 8 h sous agitation. On a extrait l'ADN plasmidique de chaque bouillon de culture par le procédé alcali-SDS et on a confirmé la structure de chaque plasmide par digestion avec des enzymes de restriction et en déterminant la séquence nucléotidique pour obtenir pRSIysE (figure 1). Dans pRSIysE, le gène lysE était positionné de telle manière que sa direction de transcription était la même que celle du promoteur tac. this ligation reaction solution to transform Escherichia coli (E coli competent cells JM109, Takara Shuzo). The cells were plated on LB agar medium containing 20 mg / L streptomycin and incubated overnight at 37 ° C. Each of the colonies appearing on the agar medium was inoculated with LB liquid medium containing 20 mg / L. streptomycin and cultured at 37 ° C for 8 h with shaking. Plasmid DNA was extracted from each culture broth by the alkali-SDS method and the structure of each plasmid was confirmed by restriction enzyme digestion and nucleotide sequence determined to obtain pRSIysE (Figure 1). In pRSIysE, the lysE gene was positioned such that its transcriptional direction was the same as that of the tac promoter.
(2) Introduction de pRSIysE dans une bactérie Methylophilus
On a introduit pRSIysE obtenu comme décrit ci-dessus dans la souche de Methylophilus methylotrophus AS1 (NCIMB10515) par électroporation (Canadian Journal of Microbiology, 43,197 (1997)). De plus, on a introduit aussi pRS dans la souche AS1 à titre de témoin, de la même manière que pour pRSIysE. On a ainsi obtenu plusieurs milliers de colonies par g d'ADN en utilisant pRS comme témoin, tandis que l'on a obtenu seulement quelques colonies avec pRSIysE. (2) Introduction of pRSIysE into a Methylophilus Bacterium
PRSIysE obtained as described above in the strain Methylophilus methylotrophus AS1 (NCIMB10515) was introduced by electroporation (Canadian Journal of Microbiology, 43, 197 (1997)). In addition, pRS was also introduced into the AS1 strain as a control, in the same way as for pRSIysE. Thousands of colonies were obtained per g of DNA using pRS as a control, while only a few colonies were obtained with pRSIysE.
Quand on a extrait les plasmides à partir de souches transformantes considérées comme contenant pRSIysE et quand on a examiné leurs séquences nucléotidiques, on a constaté l'introduction d'une mutation spontanée dans une région codant lysE pour tous les plasmides examinés, et dans certains cas, il y avait introduction d'une mutation nonsens par laquelle un codon codant un aminoacide était remplacé par un codon d'arrêt qui terminait la traduction. De plus, dans l'autre plasmide, on a observé la délétion du gène lyse On a considéré que la fonction de lysE porté par de tels plasmides devait être perdue. When the plasmids were extracted from transformant strains considered to contain pRSIysE and when their nucleotide sequences were examined, it was found that a spontaneous mutation had been introduced into a lysE coding region for all the plasmids examined, and in some cases there was introduction of a nonsense mutation by which a codon encoding an amino acid was replaced by a stop codon that terminated the translation. In addition, in the other plasmid, deletion of the lysis gene was observed. The lysE function carried by such plasmids was considered to be lost.
Comme décrit ci-dessus, la fréquence d'introduction de pRSIysE portant le gène lyse de longueur intégrale dans Methylophilus methylotrophus était extrêmement faible, et seuls des plasmides ayant un gène lysE mutant contenant une mutation qui éliminait sa fonction ont pu être introduits. En prenant en compte ces faits en combinaison, on a estimé que l'introduction du gène lysE dans Methylophilus methylotrophus As described above, the frequency of introduction of pRSIysE carrying the full-length lysis gene into Methylophilus methylotrophus was extremely low, and only plasmids having a mutant lysE gene containing a mutation that eliminated its function could be introduced. Taking into account these facts in combination, it has been estimated that the introduction of the lysE gene into Methylophilus methylotrophus
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avait un effet létal. Ceci indique que le gène lyse ne peut pas fonctionner de manière universelle pour la sécrétion de la L-lysine dans des bactéries hétérogènes. had a lethal effect. This indicates that the lysis gene can not function universally for the secretion of L-lysine in heterogeneous bacteria.
On a appliqué la souche de Methylophilus methylotrophus AS1 contenant pRSIysE comportant une mutation à une boîte de SEII contenant 50 mg/L de streptomycine et on a cultivé pendant une nuit à 37 C. Puis, on a prélevé par grattage les cellules sur environ 10 cm2de la surface du milieu, on les a inoculées à du milieu de production SEII (20 ml) contenant 50 mg/L de streptomycine, et on a cultivé à 37 C pendant 34 h sous agitation. Après la fin de la culture, on a retiré les cellules par centrifugation et on a déterminé la concentration de L-lysine dans le surnageant de la culture au moyen d'un analyseur d'aminoacides (chromatographie liquide à grande vitesse Nihon Bunko). A titre de résultat, on n'a obtenu sensiblement aucune souche dans laquelle la sécrétion de la L-lysine était augmentée malgré l'introduction du gène lysE mutant. The strain of Methylophilus methylotrophus AS1 containing pRSIysE containing a SEII box mutation containing 50 mg / L streptomycin was applied and cultured overnight at 37 ° C. The cells were then scraped from approximately 10 cm 2 of The surface of the medium was inoculated with SEII production medium (20 ml) containing 50 mg / L streptomycin, and cultured at 37 ° C. for 34 h with shaking. After the end of the culture, the cells were removed by centrifugation and the concentration of L-lysine in the culture supernatant was determined by means of an amino acid analyzer (Nihon Bunko high speed liquid chromatography). As a result, substantially no strain was obtained in which the secretion of L-lysine was increased despite the introduction of the mutant lysE gene.
Comme décrit ci-dessus, l'introduction du gène lysE déjà connu, issu de bactéries Corynebacterium, dans des bactéries assimilant le méthanol conduit à un effet létal. Dans les souches ayant un gène lysE introduit seulement en petit nombre, le gène lysE introduit subit une mutation ou une déficience, de sorte qu'il n'est pas fonctionnel. Comme les protéines responsables de la sécrétion d'aminoacides ne sont fonctionnelles que quand elles sont incorporées dans la membrane cellulaire, les conditions concernant les protéines et la membrane, comme la composition en lipides, doivent être mutuellement compatibles. De ce fait, on a considéré qu'il était difficile d'exprimer une protéine membranaire issue d'un organisme hétérologue de manière que sa fonction soit maintenue. Ainsi, on a estimé que si l'on utilisait un procédé d'introduction de mutations artificielles permettant d'introduire positivement un plus grand nombre de mutations que les mutations naturelles, il serait possible d'obtenir avec succès à partir de tels mutants un gène lysE mutant capable de sécréter la L-lysine. Sur la base de ce concept, on a construit une banque de /ysEmutant en utilisant un procédé d'introduction de mutations utilisant l'hydroxylamine. As described above, the introduction of the already known lysE gene, derived from Corynebacterium bacteria, into bacteria assimilating methanol leads to a lethal effect. In strains having a lysE gene introduced only in small numbers, the introduced lysE gene undergoes a mutation or a deficiency, so that it is not functional. Since the proteins responsible for the secretion of amino acids are functional only when they are incorporated into the cell membrane, the conditions concerning the proteins and the membrane, such as the lipid composition, must be mutually compatible. As a result, it has been considered difficult to express a membrane protein from a heterologous organism so that its function is maintained. Thus, it has been found that if a method of introducing artificial mutations is used to positively introduce a greater number of mutations than natural mutations, it would be possible to successfully obtain from such mutants a gene. mutant lysE capable of secreting L-lysine. Based on this concept, a mutant library was constructed using a method of introducing mutations using hydroxylamine.
De plus, la demanderesse a considéré que si l'on introduisait dans une bactérie assimilant le méthanol un gène lysE mutant présentant In addition, the Applicant has considered that if a mutant lysE gene introducing a methanol-assimilating bacteria was introduced.
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une activité de sécrétion de la L-lysine dans une bactérie assimilant le méthanol, il serait possible d'augmenter le degré de résistance à l'AEC (S-(2-aminoéthyl)cystéine), un analogue de la L-lysine. Sur la base de ce concept, on a développé un système de criblage décrit dans la suite. Tout d'abord, on va décrire en détail la construction de la banque de lysE mutant. secretion activity of L-lysine in a methanol-assimilating bacteria, it would be possible to increase the degree of resistance to AEC (S- (2-aminoethyl) cysteine), an analogue of L-lysine. On the basis of this concept, a screening system described in the following has been developed. First, the construction of the mutant lysE library will be described in detail.
(3) Traitement de mutation du plasmide pRSIysE
On a inoculé la souche E coli JM109 contenant le plasmide pRSIysE portant lysE de type sauvage (disponible auprès de Takara Shuzo) à du milieu liquide LB contenant 20 mg/L de streptomycine et on a cultivé à 37 C pendant 8 h en agitant. On a extrait chaque ADN plasmidique de chaque bouillon de culture par le procédé alcali-SDS. (3) Mutation processing of plasmid pRSIysE
E.coli strain JM109 containing the wild-type lysE-type plasmid pRSIysE (available from Takara Shuzo) was inoculated into LB liquid medium containing 20 mg / L streptomycin and cultured at 37 ° C for 8 h with shaking. Each plasmid DNA was extracted from each culture broth by the alkali-SDS method.
Puis, on a introduit une mutation dans le plasmide pRSIysE préparé par un procédé de mutation in vitro utilisant l'hydroxylamine, c'est-à-dire que l'on a préparé et incubé à 75 C pendant 2 h ou 3 h une solution contenant 250 mM de tampon phosphate de potassium ajusté à pH 6,0, une solution d'hydroxylamine 400 mM ajustée à pH 6,0, dans chaque cas à titre de concentration finale, et 2 g de plasmide pRSIysE que l'on a ajusté à 200 l avec de l'eau. Puis, on a recueilli le plasmide pRSIysE à partir de cette solution en utilisant la trousse de collecte d'ADN EASY TRAP Ver. 2 (Takara Shuzo). On a mélangé les plasmides qui ont réagi avec l'hydroxylamine pendant 2 h et les plasmides qui ont réagi avec l'hydroxylamine pendant 3 h pour obtenir un agrégat de plasmides pRSIysE dans lesquels des mutations ont été introduites à différents taux. Then, a mutation was introduced into the plasmid pRSIysE prepared by an in vitro mutation process using hydroxylamine, that is to say that a solution was prepared and incubated at 75 ° C. for 2 h or 3 h. containing 250 mM potassium phosphate buffer adjusted to pH 6.0, 400 mM hydroxylamine solution adjusted to pH 6.0, in each case as final concentration, and 2 g of plasmid pRSIysE which was adjusted to 200 l with water. Then, plasmid pRSIysE was collected from this solution using the EASY TRAP Ver. DNA Collection Kit. 2 (Takara Shuzo). The plasmids reacted with hydroxylamine were mixed for 2 h and the plasmids reacted with hydroxylamine for 3 h to obtain an aggregate of pRSIysE plasmids in which mutations were introduced at different rates.
On a amplifié l'agrégat de plasmides pRSIysE mutants obtenus comme décrit ci-dessus, dans lesquels on a considéré que des mutations avaient été introduites à différentes positions, et on a transformé Escherichia coli (cellules compétentes de E, coli JM109, Takara Shuzo) avec cet agrégat de plasmides, on a appliqué ces cellules sur du milieu gélosé LB contenant 20 mg/L de streptomycine et on a incubé pendant une nuit à 37 C pour construire une banque dans Escherichia coli. On a séparé par grattage toutes les colonies qui apparaissaient sur le milieu gélosé, on les a inoculés à du milieu liquide LB contenant 20 mg/L de streptomycine et on a cultivé à 37 C pendant 8 h sous agitation. On a extrait l'ADN plasmidique de chaque bouillon de culture par le procédé alcali-SDS et on l'a utilisé comme banque de plasmides pRSIysE mutants. The aggregation of mutant pRSIysE plasmids obtained as described above, in which mutations were considered to have been introduced at different positions, was transformed and Escherichia coli (competent cells of E. coli JM109, Takara Shuzo) were transformed. with this aggregate of plasmids, these cells were applied to LB agar medium containing 20 mg / L streptomycin and incubated overnight at 37 ° C to construct a library in Escherichia coli. All colonies which appeared on the agar medium were scraped off, inoculated with LB liquid medium containing 20 mg / L streptomycin and cultured at 37 ° C for 8 h with shaking. Plasmid DNA was extracted from each culture broth by the alkali-SDS method and used as a library of mutant pRSIysE plasmids.
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Introduction du plasmide pRSIysE mutant dans une bactérie Methylophilus et production de L-aminoacides (1) Criblage de la banque de lysE contenant une mutation artificielle pour lysE de type fonctionnel
On a introduit la banque de plasmides pRSIysE mutants obtenue comme décrit ci-dessus dans la souche de Methylophilus methylotrophus AS1 (NCIMB10515) par électroporation (Canadian Journal of Microbiology, 43,197 (1997)). Comme témoin, on a introduit pRSIysE de type sauvage dans la souche AS1. A titre de résultat, avec pRSIysE utilisé comme témoin, le résultat de l'examen précédent a été reproduit, et on a obtenu seulement quelques colonies par g d'ADN. D'autre part, avec la banque de plasmides pRSIysE mutants, on a pu obtenir plusieurs centaines à plusieurs milliers de colonies. Les examens ont montré jusqu'à présent que, dans sensiblement toutes les colonies qui apparaissaient quand on introduit pRSIysE de type sauvage, lyse perdait sa fonction du fait de l'introduction d'une mutation naturelle. C'est-à-dire que la fréquence d'introduction de pRSIysE contenant le gène lyse de longueur intégrale dans Methylophilus methylotrophus était extrêmement basse, et qu'il était possible d'introduire seulement des plasmides ayant un gène lysE mutant contenant une mutation qui éliminait sa fonction. En considérant ces faits en combinaison, on a estimé que l'introduction du gène lysE dans Methylophilus methylotrophus devrait conduire à un effet létal. D'autre part, comme des colonies en bien plus grand nombre que ci-dessus apparaissaient quand on a introduit la banque de plasmides pRSIysE mutants, on a obtenu l'introduction d'une mutation par le traitement avec l'hydroxylamine avec un grand rendement. Introduction of the mutant plasmid pRSIysE into a bacterium Methylophilus and production of L-amino acids (1) Screening of the lysE library containing artificial mutation for functional type lysE
The mutant pRSIysE plasmid library obtained as described above was introduced into the strain Methylophilus methylotrophus AS1 (NCIMB10515) by electroporation (Canadian Journal of Microbiology, 43, 197 (1997)). As a control, wild-type pRSIysE was introduced into strain AS1. As a result, with pRSIysE used as a control, the result of the previous examination was reproduced, and only a few colonies per g of DNA were obtained. On the other hand, with the mutant pRSIysE plasmid library, several hundred to several thousand colonies could be obtained. Examinations have so far shown that in substantially all the colonies that appeared when wild type pRSIysE was introduced, lysis lost its function due to the introduction of a natural mutation. That is, the frequency of introduction of pRSIysE containing the full-length lysis gene into Methylophilus methylotrophus was extremely low, and it was possible to introduce only plasmids having a mutant lysE gene containing a mutation which eliminated his function. Considering these facts in combination, it was felt that the introduction of the lysE gene into Methylophilus methylotrophus should lead to a lethal effect. On the other hand, as much larger colonies than above appeared when the mutant pRSIysE plasmid library was introduced, mutation was introduced by treatment with hydroxylamine in a high yield. .
Comme décrit ci-dessus, on a pu obtenir la banque de lysE mutant sous forme d'une banque de plasmides pRSIysE mutants. Puis, on a développé un système de criblage pour obtenir lysE de type fonctionnel, qui exprime une activité de sécrétion extracellulaire de la L-lysine. As described above, the mutant lysE library could be obtained as a mutant pRSIysE plasmid library. Then, a screening system was developed to obtain functional type lysE, which expresses an extracellular secretion activity of L-lysine.
On a dilué de manière appropriée la souche de Methylophilus methylotrophus AS1 contenant la banque de plasmides pRSIysE mutants obtenue comme décrit ci-dessus de manière que plusieurs centaines de colonies apparaissent par boîte, on a appliqué sur du milieu gélosé SEII contenant 50 mg/L de streptomycine et 3 g/L de L-thréonine et on a incubé à 37 C pendant 48 h. On a formé des répliques des colonies The strain of Methylophilus methylotrophus AS1 containing the mutant pRSIysE plasmid library obtained as described above was suitably diluted so that several hundred colonies appeared per dish, applied to SEII agar medium containing 50 mg / L of streptomycin and 3 g / L L-threonine and incubated at 37 C for 48 h. Colonies replicas were formed
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apparues sur du milieu gélosé SEII contenant 3 g/L de L-thréonine et 0,5, 7 ou 10 g/L de AEC. Quand on a formé des répliques des colonies sur une boîte qui ne contenait pas de AEC, les nombres de colonies qui apparaissaient sur la boîte initiale et sur la boîte répliquée après la formation de réplique étaient identiques. Cependant, quand on a formé des répliques des colonies sur la boîte contenant AEC, le nombre de colonies qui sont apparues sur la boîte répliquée diminuait notablement par rapport à la boîte initiale. On a transféré les colonies formées sur la boîte répliquée contenant AEC à chaque concentration sur un nouveau milieu gélosé SEII contenant AEC et on les a cultivées, et on a confirmé l'acquisition d'une résistance à AEC sur la base de l'observation qu'une seule colonie a pu être formée sur le même milieu. A partir de telles souches, on a sélectionné au hasard 100 souches et on les a soumises à un criblage supplémentaire. appeared on SEII agar medium containing 3 g / L of L-threonine and 0.5, 7 or 10 g / L of AEC. When colony replicates were formed on a dish that did not contain AEC, the numbers of colonies that appeared on the initial box and on the replicate box after replica formation were identical. However, when colonies were replicated on the AEC-containing box, the number of colonies that appeared on the replicate box decreased significantly compared to the original box. The colonies formed on the AEC-replicated dish at each concentration were transferred to a new SEII-agar medium containing AEC and cultured, and AEC resistance was confirmed on the basis of the observation that only one colony could be formed on the same medium. From such strains, 100 strains were randomly selected and further screened.
(2) Production de L-aminoacides par une souche dans laquelle le plasmide pRSIysE mutant a été introduit
Parmi les souches de Methylophilus methylotrophus AS1 contenant pRSIysE mutant dont on estimait qu'il contenait une mutation et qu'il conférait à un hôte une résistance à AEC, on a appliqué 100 souches à une boîte de SEII contenant 50 mg/L de streptomycine et on a cultivé pendant une nuit à 37 C. Puis, on a retiré par grattage les cellules sur environ 10 cm2 de la surface du milieu, on les a inoculées à un milieu de production SEII (20 ml) contenant 50 mg/L de streptomycine et on a cultivé à 37 C pendant 48 h sous agitation. Après la fin de la culture, on a retiré les cellules par centrifugation, et on a isolé les L-aminoacides contenus dans le surnageant de culture par chromatographie en couche mince et on les a quantifiés grossièrement par un procédé utilisant la détection avec la ninhydrine. A titre de résultat, on a constaté que la L-lysine et la L-arginine étaient sécrétées à l'extérieur des cellules à différentes concentrations. On a classé grossièrement ces 100 souches en 5 groupes sur la base de leurs configurations. (2) Production of L-amino acids by a strain in which the mutant plasmid pRSIysE was introduced
Of the strains of Methylophilus methylotrophus AS1 containing mutant pRSIysE that were believed to contain a mutation and confer resistance to AEC on a host, 100 strains were applied to one SEII box containing 50 mg / L streptomycin and It was grown overnight at 37 ° C. The cells were then scraped off about 10 cm 2 from the surface of the medium, inoculated with SEII production medium (20 ml) containing 50 mg / L streptomycin. and cultured at 37 ° C. for 48 hours with stirring. After the end of the culture, the cells were removed by centrifugation, and the L-amino acids contained in the culture supernatant were isolated by thin layer chromatography and roughly quantified by a method using ninhydrin detection. As a result, it was found that L-lysine and L-arginine were secreted outside the cells at different concentrations. These 100 strains were roughly classified into 5 groups based on their configurations.
On a choisi une souche typique parmi chacun des 5 groupes, et on a appelé pRSIysE561, pRSIysE562, pRSIysE563, pRSIysE564 et pRSIysE565 les plasmides contenus dans ces souches. On a purifié ces plasmides et on a analysé les séquences nucléotidiques de leurs régions A typical strain was selected from each of the 5 groups, and pRSIysE561, pRSIysE562, pRSIysE563, pRSIysE564 and pRSIysE565 were designated plasmids contained in these strains. These plasmids were purified and the nucleotide sequences of their regions analyzed.
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lyse. A titre de résultat, on a constaté que pRSIysE562 et pRSIysE563, et pRSIysE561 et pRSIysE564 avaient des séquences totalement identiques. lysis. As a result, pRSIysE562 and pRSIysE563, and pRSIysE561 and pRSIysE564 were found to have completely identical sequences.
De ce fait, on a examiné ensuite pRSlys562, pRSIysE564 et pRSIysE565. Therefore, pRSlys562, pRSIysE564 and pRSIysE565 were then examined.
On a analysé les séquences nucléotidiques des régions codant la protéine LysE dans pRSIysE562, pRSIysE564 et pRSIysE565. A titre de résultat, on a constaté que lysE564 incluait une substitution à la 166ème position de G (guanine) par A (adénine) dans la séquence d'ADN de lyse de type sauvage montrée dans SEQ ID NO: 1. A titre de résultat, Gly (glycine) a été remplacée par Ser (sérine) à la 56ème position de la séquence d'aminoacides de lysE de type sauvage montrée dans SEQ ID NO: 2. On a constaté aussi que lysE562 incluait des substitutions de G (guanine) par A (adénine) à la 166ème position, de G (guanine) par A (adénine) à la 410ème position de la séquence d'ADN de lyse de type sauvage montrée dans SEQ ID NO: 1. A titre de résultat, Gly (glycine) a été remplacée par Ser (sérine) à la 56eme position et Asp (acide aspartique) a été remplacé par Gly (glycine) à la 137ème position de la séquence d'aminoacides de lysE de type sauvage montrée dans SEQ ID NO: 2. On a constaté en outre que lysE565 incluait des remplacements de G (guanine) par A (adénine) à la 166eme position et de G (guanine) par A (adénine) à la 163ème position de la séquence d'ADN de lysE de type sauvage montrée dans SEQ ID NO: 1. Par suite, Gly (glycine) a été remplacée par Ser (sérine) à la 56ème position et Ala (alanine) a été remplacée par Thr (thréonine) à la 55ème position de la séquence d'acides aminés de lysE de type sauvage montrée dans SEQ ID NO: 2. Quand on a introduit de nouveau pRSlysE562, pRSIysE564 et pRSIysE565 dans les souches AS1, on a pu introduire ces plasmides sensiblement à la même fréquence que pRS. On a cultivé les souches dans lesquelles les plasmides ont été introduits par le même procédé que celui décrit ci-dessus, et on a quantifié les concentrations de L-lysine et de L-arginine dans les surnageants de culture en utilisant un analyseur d'aminoacides (chromatographie liquide à haute performance, Nihon Bunko). Les résultats des mesures sont présentés dans le tableau 1 ci-dessous. The nucleotide sequences of the LysE protein coding regions were analyzed in pRSIysE562, pRSIysE564 and pRSIysE565. As a result, lysE564 was found to include a substitution at the 166th position of G (guanine) by A (adenine) in the wild-type lysing DNA sequence shown in SEQ ID NO: 1. As a result , Gly (glycine) was replaced by Ser (serine) at the 56th position of the wild-type lysE amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2. It was also found that lysE562 included G (guanine) substitutions by A (adenine) at 166th position, from G (guanine) by A (adenine) to the 410th position of the wild-type lysing DNA sequence shown in SEQ ID NO: 1. As a result, Gly ( glycine) was replaced by Ser (serine) at 56th position and Asp (aspartic acid) was replaced by Gly (glycine) at the 137th position of the wild-type lysE amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 It was further found that lysE565 included replacements of G (guanine) by A (adenine) at 166th pos and G (guanine) with A (adenine) at the 163rd position of the wild-type lysE DNA sequence shown in SEQ ID NO: 1. As a result, Gly (glycine) was replaced by Ser (serine). at 56th position and Ala (alanine) was replaced by Thr (threonine) at the 55th position of the wild-type lysE amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2. When pRSlysE562, pRSIysE564 was introduced again and pRSIysE565 in AS1 strains, these plasmids could be introduced at substantially the same frequency as pRS. The strains in which the plasmids were introduced by the same method as that described above were grown, and the concentrations of L-lysine and L-arginine in culture supernatants were quantified using an amino acid analyzer. (high performance liquid chromatography, Nihon Bunko). The results of the measurements are presented in Table 1 below.
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Tableau 1
Table 1
<tb>
<tb> Souche <SEP> bactérienne <SEP> Quantité <SEP> de <SEP> L-lysine <SEP> Quantité <SEP> de <SEP> L-arginine
<tb> produite <SEP> (g/L) <SEP> produite <SEP> (g/L)
<tb> ASl/pRS <SEP> 0,01 <SEP> < <SEP> 0,010
<tb> AS1/pRSlyseE562 <SEP> 0,19 <SEP> 0,210
<tb> AS1/pRSlysE564 <SEP> 0,20 <SEP> 0,240
<tb> AS1/pRSlysE565 <SEP> 0,13 <SEP> 0,150
<tb> <Tb>
<tb> Bacterial <SEP> strain <SEP> Quantity <SEP> of <SEP> L-lysine <SEP> Quantity <SEP> of <SEP> L-arginine
<tb> produced <SEP> (g / L) <SEP> produced <SEP> (g / L)
<tb> AS1 / pRS <SEP> 0.01 <SEP><SEP> 0.010
<tb> AS1 / pRSlyseE562 <SEP> 0.19 <SEP> 0.210
<tb> AS1 / pRSlysE564 <SEP> 0.20 <SEP> 0.240
<tb> AS1 / pRSlysE565 <SEP> 0.13 <SEP> 0.150
<Tb>
D'après les résultats précédents, on a constaté que pRSIysE562, pRSIysE564 et pRSIysE565 avaient une activité pour augmenter sensiblement la sécrétion de L-lysine et de L-arginine. De plus, même quand on a réintroduit pRSIysE562, pRSIysE564 et pRSIysE565 dans les souches AS1, l'activité d'augmentation de la sécrétion de L-lysine et de L-arginine était maintenue. Ainsi, on a démontré que la mutation de la souche ayant acquis une résistance à AEC n'était pas introduite dans l'hôte mais dans le plasmide. From the previous results, it was found that pRSIysE562, pRSIysE564 and pRSIysE565 had activity to substantially increase the secretion of L-lysine and L-arginine. Moreover, even when pRSIysE562, pRSIysE564 and pRSIysE565 were reintroduced into the AS1 strains, the activity of increasing the secretion of L-lysine and L-arginine was maintained. Thus, it has been demonstrated that the mutation of the strain having acquired AEC resistance was not introduced into the host but into the plasmid.
La mutation commune introduite dans pRSIysE562, pRSIysE564 et pRSIysE565 consistait en un remplacement de Gly (glycine) par Ser (sérine) à la 56ème position de la séquence d'aminoacides de lysE de type sauvage montrée dans SEQ ID NO: 2. On a appelé AJ110086 la souche de E, coli JM109 transformée avec pRSIysE564 ayant seulement cette mutation commune. On a déposé cette souche auprès du National Institute of Advanced Industrial Science and Technology le 26 septembre 2002 à titre de dépôt international conformément au traité de Budapest et cette souche s'est vue attribuer le numéro de dépôt FERM BP-8196. The common mutation introduced into pRSIysE562, pRSIysE564 and pRSIysE565 was a replacement of Gly (glycine) with Ser (serine) at the 56th position of the wild-type lysE amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2. AJ110086 strain of E. coli JM109 transformed with pRSIysE564 having only this common mutation. This strain was deposited with the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology on 26 September 2002 as an international deposit under the Budapest Treaty and was assigned the FERM deposit number BP-8196.
On peut obtenir aisément les gènes lysE562 et lysE565 à partir de lysE564 par des procédés bien connus de l'homme du métier. The lysE562 and lysE565 genes can be readily obtained from lysE564 by methods well known to those skilled in the art.
Spécifiquement, on peut obtenir le gène lysE562 en incorporant un fragment de la région codant lysE564 obtenu à partir de pRSIysE564, par exemple dans pSELECTIM-1, un vecteur pour l'introduction de mutations par mutagenèse dirigée produit par Promega, et en introduisant une mutation par mutagenèse dirigée avec Altered SitesTM, une trousse d'introduction de mutations par mutagenèse dirigée produite par Promega, pour remplacer A (adénine) par G (guanine) à la 410eme position dans SEQ ID NO: 1. Dans le processus ci-dessus, par exemple, il est possible Specifically, the lysE562 gene can be obtained by incorporating a fragment of the lysE564 coding region obtained from pRSIysE564, for example into pSELECTIM-1, a vector for the introduction of mutations by site-directed mutagenesis produced by Promega, and introducing a mutation. by site-directed mutagenesis with Altered SitesTM, a kit for introducing mutations by site-directed mutagenesis produced by Promega, to replace A (adenine) with G (guanine) at the 410th position in SEQ ID NO: 1. In the above process, for example, it is possible
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d'utiliser l'oligonucléotide synthétique de SEQ ID NO: 5 comme amorce. Le 20ème nucléotide de SEQ ID NO: 5 est soumis à une substitution de nucléotides dans le gène lysE de type sauvage. De manière similaire, il est possible d'obtenir le gène lysE565 en remplaçant G (guanine) par A (adénine) à la 166ème position dans SEQ ID NO: 1. Pour l'introduction d'une mutation, il est possible par exemple d'utiliser l'oligonucléotide synthétique de SEQ ID NO: 6. Les 16ème et l9ème nucléotides de SEQ ID NO: 6 sont soumis à une substitution de nucléotides dans le gène lysE de type sauvage. to use the synthetic oligonucleotide of SEQ ID NO: 5 as a primer. The 20th nucleotide of SEQ ID NO: 5 is subjected to nucleotide substitution in the wild-type lysE gene. Similarly, it is possible to obtain the lysE565 gene by replacing G (guanine) with A (adenine) at the 166th position in SEQ ID NO: 1. For the introduction of a mutation, it is possible, for example, to The synthetic oligonucleotide of SEQ ID NO: 6 is used. The 16th and 19th nucleotides of SEQ ID NO: 6 are subjected to nucleotide substitution in the wild-type lysE gene.
Exemple 2 : introduction d'un gène d'enzyme de biosynthèse de la L-lysine et du gène lysE562, lysE564 ou lysE565 dans Methylophilus methylotrophus
Comme on a constaté que la sécrétion extracellulaire de L-lysine était augmentée du fait de l'introduction du gène lysE562, lysE564 ou lysE565, on a augmenté la biosynthèse de L-lysine dans une souche
dans laquelle le gène lysE562, lysE564 ou IysL65 avait été introduit pour tenter d'améliorer encore le rendement. Example 2 Introduction of an L-lysine Biosynthetic Enzyme Gene and of the LysE562, LysE564 or LysE565 Gene into Methylophilus methylotrophus
Since extracellular secretion of L-lysine was found to be increased by the introduction of the lysE562, lysE564 or lysE565 gene, the biosynthesis of L-lysine in a strain was increased.
in which the lysE562, lysE564 or lysL65 gene was introduced in an attempt to further improve the yield.
(1) Construction du plasmide pRSdapA contenant le gène dapA*
On a préparé un plasmide ayant un gène codant la dihydrodipicolinate synthase qui ne subissait pas de rétro-inhibition par la L-lysine (dapA*) à titre de gène d'enzyme du système de biosynthèse de la L-lysine. (1) Construction of the pRSdapA plasmid containing the dapA * gene
A plasmid having a gene encoding dihydrodipicolinate synthase which did not undergo feedback inhibition by L-lysine (dapA *) was prepared as an enzyme gene of the L-lysine biosynthesis system.
On a digéré avec Sse8387I et XbaI pRStac préparé dans l'exemple 1 et on l'a ajouté à une solution de phénol/chloroforme, et on a mélangé pour terminer la réaction. Après avoir centrifugé le mélange réactionnel, on a recueilli la couche supérieure et on a recueilli les ADN par précipitation à l'éthanol, et on les a séparés sur un gel d'agarose à 0,8 % pour recueillir un fragment d'ADN d'environ 9 kpb. Sse8387I and XbaI pRStac prepared in Example 1 were digested and added to a phenol / chloroform solution, and mixed to complete the reaction. After centrifuging the reaction mixture, the top layer was collected and the DNAs were collected by ethanol precipitation, and separated on a 0.8% agarose gel to collect a DNA fragment. about 9 kbp.
On a amplifié le fragment de gène dapA* par PCR en utilisant comme matrice le plasmide connu RSFD80 (voir W090/16042) contenant ce gène et les amorces montrées dans SEQ ID NOS : et 12 (dénaturation à 94 C pendant 20 s, hybridation à 55 C pendant 30 s et réaction d'extension à 72 C pendant 60 s). On a utilisé pour la PCR l'ADN polymérase Pyrobest (Takara Shuzo). On a purifié le fragment de dapA* The dapA * gene fragment was amplified by PCR using as template the known plasmid RSFD80 (see WO90 / 16042) containing this gene and the primers shown in SEQ ID NOS: and 12 (denaturation at 94 C for 20 s, hybridization to 55 C for 30 s and extension reaction at 72 C for 60 s). Pyrobest DNA polymerase (Takara Shuzo) was used for the PCR. The dapA fragment was purified
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résultant avec PCR prep (Promega) puis on l'a digéré avec les enzymes de restriction Sse83871 et XbaI. On a ajouté le mélange réactionnel à une solution de phénol/chloroforme et on a mélangé pour terminer la réaction. resulting with PCR prep (Promega) and then digested with restriction enzymes Sse83871 and XbaI. The reaction mixture was added to a phenol / chloroform solution and mixed to complete the reaction.
Après avoir centrifugé le mélange réactionnel, on a recueilli la couche supérieure, et on a recueilli les ADN par précipitation à l'éthanol, et on les a séparés sur un gel d'agarose à 0,8 % pour recueillir un fragment d'ADN d'environ 0,1 kpb. After centrifuging the reaction mixture, the top layer was collected, and the DNAs were collected by ethanol precipitation, and separated on a 0.8% agarose gel to collect a DNA fragment. about 0.1 kbp.
On a ligaturé les produits de digestion du vecteur pRStac et le fragment de région de gène dapA* préparé comme décrit ci-dessus en utilisant la trousse DNA Ligation Kit Ver. 2 (Takara Shuzo). On a utilisé cette solution de réaction de ligature pour transformer Escherichia coli (cellules compétentes de E coli JM109, Takara Shuzo). On a étalé les cellules sur du milieu gélosé LB contenant 20 mg/L de streptomycine et on les a incubées pendant une nuit à 37 C. On a inoculé chacune des colonies apparaissant sur le milieu gélosé à du milieu liquide LB contenant 20 mg/L de streptomycine et on a cultivé à 37 C pendant 8 h sous agitation. On a extrait l'ADN plasmidique de chaque bouillon de culture au moyen du procédé alcali-SDS et on a confirmé la structure de chaque plasmide par digestion avec des enzymes de restriction, et on a déterminé la séquence nucléotidique pour obtenir le plasmide pRSdapA. Dans le plasmide pRSdapA, le gène dapA* était positionné de telle manière que sa direction de transcription était la même que celle du promoteur tac. The digests of the pRStac vector and the dapA * gene region fragment prepared as described above were ligated using the DNA Ligation Kit Ver kit. 2 (Takara Shuzo). This ligation reaction solution was used to transform Escherichia coli (competent E. coli JM109 cells, Takara Shuzo). The cells were plated on LB agar medium containing 20 mg / L streptomycin and incubated overnight at 37 ° C. Each of the colonies appearing on the agar medium was inoculated with LB liquid medium containing 20 mg / L. streptomycin and cultured at 37 ° C for 8 h with shaking. Plasmid DNA was extracted from each culture broth using the alkali-SDS method and the structure of each plasmid was confirmed by restriction enzyme digestion, and the nucleotide sequence was determined to obtain the plasmid pRSdapA. In the plasmid pRSdapA, the dapA * gene was positioned such that its transcriptional direction was the same as that of the tac promoter.
(2) Construction d'un plasmide contenant le gène dapA* et l'un quelconque des gènes lysE562, lysE564 et lysE565
Pour évaluer l'effet de la combinaison de l'un quelconque des
gènes lysE:562, lysE:564 et IysE565 avec dapA*, on a construit les plasmides pRSIysE562, pRSIysE564 et pRSIysE565 en insérant le gène dapA*. On a digéré pRSIysE562, lysE564 et lysE565 préparés dans l'exemple 1 avec l'enzyme de restriction SapI et on les a munis d'extrémités franches en utilisant la trousse DNA Blunting Kit (Takara Shuzo). De plus, on a digéré le plasmide pRSdapA avec les enzymes de restriction EcoRI et SapI, et on a séparé un fragment d'environ 1 kpb ayant le promoteur tac et la région dapA* sur un gel d'agarose à 0,8 %, et on l'a recueilli en utilisant EASY TRAP Ver. 2 (Takara Shuzo). On a muni ce fragment d'extrémités franches comme décrit ci-dessus et on l'a ligaturé à (2) Construction of a plasmid containing the dapA * gene and any of the lysE562, lysE564 and lysE565 genes
To evaluate the effect of the combination of any of the
lysE genes: 562, lysE: 564 and IysE565 with dapA *, plasmids pRSIysE562, pRSIysE564 and pRSIysE565 were constructed by inserting the dapA * gene. PRSIysE562, lysE564 and lysE565 prepared in Example 1 were digested with SapI restriction enzyme and blunt-ended using the DNA Blunting Kit (Takara Shuzo) kit. In addition, plasmid pRSdapA was digested with the restriction enzymes EcoRI and SapI, and an approximately 1 kbp fragment having the tac promoter and the dapA * region was separated on a 0.8% agarose gel. and collected using EASY TRAP Ver. 2 (Takara Shuzo). This blunt ended fragment was provided as described above and ligated to
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chacun des produits de digestion de pRSIysE562, lysE564 et lysE565 mentionnés ci-dessus en utilisant la trousse DNA Ligation Kit Ver. 2 (Takara Shuzo). each of the digestion products of pRSIysE562, lysE564 and lysE565 mentioned above using the DNA Ligation Kit Ver. 2 (Takara Shuzo).
On a transformé Escherichia coli (cellules compétentes de E coli JM109, Takara Shuzo) avec chacune des solutions de réaction de ligature mentionnées précédemment, on a appliqué sur du milieu gélosé LB contenant 20 mg/L de streptomycine et on a incubé à 37 C pendant une nuit. On a inoculé les colonies qui sont apparues sur le milieu gélosé à du milieu liquide LB contenant 20 mg/L de streptomycine et on a cultivé à 37 C pendant 8 h sous agitation. On a extrait l'ADN plasmidique de chaque bouillon de culture au moyen du procédé alcali-SDS, et on a confirmé sa structure par digestion avec des enzymes de restriction et par détermination de la séquence nucléotidique pour obtenir les plasmides pRSIysE562dapA, pRSIysE564dapA et pRSIysE565dapA. Dans ces plasmides, les gènes étaient positionnés de telle manière que les directions de transcription de lysE562, lysE564 et lysE565 étaient opposées à celle de dapA*. Escherichia coli (E.coli JM109 competent cells, Takara Shuzo) were transformed with each of the aforementioned ligation reaction solutions, applied to LB agar medium containing 20 mg / L streptomycin and incubated at 37 ° C for 1 hour. a night. The colonies that appeared on the agar medium were inoculated into LB liquid medium containing 20 mg / L streptomycin and cultured at 37 ° C for 8 h with shaking. Plasmid DNA was extracted from each culture broth using the alkali-SDS method, and its structure was confirmed by restriction enzyme digestion and nucleotide sequence determination to obtain plasmids pRSIysE562dapA, pRSIysE564dapA and pRSIysE565dapA. In these plasmids, the genes were positioned such that the transcriptional directions of lysE562, lysE564 and lysE565 were opposite to that of dapA *.
Quand on a introduit chacun des plasmides pRSIysE562dapA, pRSIysE564dapA et pRSIysE565dapA obtenus par le procédé mentionné précédemment dans la souche de Methylophilus methylotrophus AS1 (NCIMB10515) par électroporation, on a obtenu des souches transformantes avec pRSIysE562dapA et pRSIysE564dapA, tandis que l'on n'a obtenu aucune souche transformante avec pRSIysE565dapA. Ceci peut être dû au fait que la stabilité du plasmide diminuait dans la souche AS1. When each of the plasmids pRSIysE562dapA, pRSIysE564dapA and pRSIysE565dapA obtained by the aforementioned method in the strain Methylophilus methylotrophus AS1 (NCIMB10515) was electroporated, transformant strains were obtained with pRSIysE562dapA and pRSIysE564dapA, whereas obtained no transformant strain with pRSIysE565dapA. This may be due to the fact that plasmid stability decreased in strain AS1.
(3) Préparation de L-lysine au moyen de bactéries Methylophilus contenant lysE562 ou lysE564 et dapA*
On a appliqué chacune des souches AS1 dans lesquelles pRSIysE562dapA ou pRSIysE564dapA obtenu comme décrit ci-dessus ou pRSIysEdapA à titre de témoin avait été introduit sur une boîte de SEII contenant 20 mg/L de streptomycine et on a cultivé pendant une nuit à 37 C, et on a prélevé par grattage les cellules sur 0,3 cm2 de la surface du milieu, on les a inoculées à du milieu de production SEII (20 ml) contenant 20 mg/L de streptomycine et on a cultivé à 37 C pendant 34 h en agitant. Après la fin de la culture, on a retiré les cellules par centrifugation et on a quantifié la concentration de L-lysine contenue dans (3) Preparation of L-lysine using Methylophilus bacteria containing lysE562 or lysE564 and dapA *
Each of the AS1 strains in which pRSIysE562dapA or pRSIysE564dapA obtained as described above was applied or pRSIysEdapA as a control was introduced onto a SEII dish containing 20 mg / L streptomycin and cultured overnight at 37 ° C. and the cells were scraped off over 0.3 cm 2 of the surface of the medium, inoculated into SEII production medium (20 ml) containing 20 mg / L streptomycin and cultured at 37 ° C for 34 hrs. shaking. After the end of the culture, the cells were removed by centrifugation and the concentration of L-lysine contained in
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le surnageant de culture au moyen d'un analyseur d'aminoacides (chromatographie liquide à haute performance, Nihon Bunko). Les résultats sont présentés dans le tableau 2 ci-dessous. Les souches dans lesquelles pRSIysE562dapA ou pRSIysE564dapA avait été introduit présentaient une accumulation de L-lysine améliorée. L'accumulation de L-lysine dans les milieux était nettement améliorée par rapport à celle obtenue uniquement avec pRSIysE562 ou pRSIysE564. Ainsi, on peut voir que la limitation du taux de sécrétion était éliminée, et que l'effet d'amélioration du gène dapA* était manifesté de manière synergique. the culture supernatant by means of an amino acid analyzer (high performance liquid chromatography, Nihon Bunko). The results are shown in Table 2 below. Strains in which pRSIysE562dapA or pRSIysE564dapA had been introduced had an enhanced L-lysine accumulation. L-lysine accumulation in media was significantly improved over that obtained with pRSIysE562 or pRSIysE564 only. Thus, it can be seen that the limitation of the secretion rate was eliminated, and that the enhancement effect of the dapA * gene was synergistically manifested.
Tableau 2
Table 2
<tb>
<tb> Souche <SEP> bactérienne <SEP> Quantité <SEP> de <SEP> L-lysine <SEP> produite <SEP> (g/L)
<tb> AS1/pRS <SEP> < <SEP> 0,10 <SEP>
<tb> AS1/pRSlysE562dapA <SEP> 1,42
<tb> AS1/pRSlysE564dapA <SEP> 1,40
<tb>
Exemple 3 : introduction du gène /ys564 dans Methylobacillus glycogenes et production de L-aminoacides (1) Préparation de pRS-lysE564-Tc
On a décidé de confirmer le fait que lysE562, lysE564 et lysE565, qui contiennent /ysEmutant, sont fonctionnels dans des bactéries Methylobacillus. Dans ce but, on a choisi lysE564, et on a modifié le plasmide pRSIysE564, un plasmide pour l'expression de lysE564. Le plasmide pRSIysE564 contient un gène de résistance à la streptomycine. <Tb>
<tb> Bacterial <SEP> Strain <SEP> Quantity <SEP> of <SEP> L-Lysine <SEP> Produced <SEP> (g / L)
<tb> AS1 / pRS <SEP><SEP> 0.10 <SEP>
<tb> AS1 / pRSlysE562dapA <SEP> 1.42
<tb> AS1 / pRSlysE564dapA <SEP> 1.40
<Tb>
Example 3: Introduction of the gene / ys564 into Methylobacillus glycogenes and production of L-amino acids (1) Preparation of pRS-lysE564-Tc
It was decided to confirm that lysE562, lysE564 and lysE565, which contain / ysEmutant, are functional in Methylobacillus bacteria. For this purpose, lysE564 was chosen, and plasmid pRSIysE564, a plasmid for lysE564 expression, was modified. Plasmid pRSIysE564 contains a streptomycin resistance gene.
Cependant, comme Methylobacillus glycogenes est résistant initialement à la streptomycine, il n'est pas possible de cribler le plasmide pRSIysE. De ce fait, on a construit un plasmide modifié en insérant un gène de résistance à la tétracycline dans le plasmide pRSIysE qui a pu être utilisé dans Methylobacillus glycogenes. However, since Methylobacillus glycogenes is initially resistant to streptomycin, it is not possible to screen the plasmid pRSIysE. As a result, a modified plasmid was constructed by inserting a tetracycline resistance gene into the plasmid pRSIysE which could be used in Methylobacillus glycogenes.
Tout d'abord, on a construit pRS-lysE564-Tc contenant le gène de résistance à la tétracycline à partir de pRSIysE564. On a digéré le plasmide pRS-lysE564 avec l'enzyme de restriction EcoRI et on l'a ajouté à une solution de phénol/chloroforme, et on a mélangé pour terminer la réaction. On a centrifugé le mélange réactionnel, et on a recueilli la couche supérieure. On a recueilli les ADN par précipitation à l'éthanol, et First, pRS-lysE564-Tc containing the tetracycline resistance gene was constructed from pRSIysE564. Plasmid pRS-lysE564 was digested with the restriction enzyme EcoRI and added to a phenol / chloroform solution, and mixed to complete the reaction. The reaction mixture was centrifuged, and the top layer was collected. The DNAs were collected by ethanol precipitation, and
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on a muni leurs extrémités digérées d'extrémités franches en utilisant la trousse DNA Blunting Kit (Takara Shuzo). On a séparé les fragments d'ADN sur un gel d'agarose à 0,8 %, et on a recueilli un fragment d'ADN d'environ 9 kpb en utilisant la trousse de collecte d'ADN EASY TRAP Ver. 2 (Takara Shuzo). their digested ends were blunt-ended using the DNA Blunting Kit (Takara Shuzo). The DNA fragments were separated on a 0.8% agarose gel, and a DNA fragment of about 9 kbp was collected using the EASY TRAP Ver. DNA Collection Kit. 2 (Takara Shuzo).
De plus, on a amplifié la région du gène de résistance à la tétracycline par PCR en utilisant le plasmide pRK310 (Pansegrau et al., J. Mol. Biol. 239,623-663 (1994)) comme matrice et les amorces montrées dans SEQ ID NOS : et 14 (on a réalisé 30 fois un cycle consistant en une dénaturation à 94 C pendant 20 s, une hybridation à 55 C pendant 30 s et une réaction d'extension à 72 C pendant 60 s). On a utilisé l'ADN polymérase Pyrobest (Takara Shuzo) pour la PCR. On a purifié le fragment d'ADN amplifié contenant la région du gène de résistance à la tétracycline en utilisant PCR prep (Promega), puis on a recueilli les ADN par précipitation à l'éthanol, on les a munis d'extrémités franches et on les a phosphorylés en utilisant la trousse Takara BKL Kit (Blunting Kination Ligation Kit, Takara Shuzo), on les a ajoutés à une solution de phénol/chloroforme et on a mélangé pour terminer la réaction. Après avoir centrifugé le mélange réactionnel, on a recueilli la couche supérieure, et on a recueilli les ADN par précipitation à l'éthanol, et on les a séparés sur un gel d'agarose à 0,8 %. On a recueilli un fragment d'ADN de 1,5 kpb en utilisant EASY TRAP Ver. 2. In addition, the region of the tetracycline resistance gene was amplified by PCR using the plasmid pRK310 (Pansegrau et al., J. Mol Biol 239, 663-663 (1994)) as template and the primers shown in SEQ ID. NOS: and 14 (a cycle consisting of denaturation at 94 ° C. for 20 s, hybridization at 55 ° C. for 30 s and an extension reaction at 72 ° C. for 60 s) was carried out 30 times. Pyrobest DNA polymerase (Takara Shuzo) was used for PCR. The amplified DNA fragment containing the region of the tetracycline resistance gene was purified using PCR prep (Promega), then the DNAs were collected by ethanol precipitation, blunt-ended and phosphorylated them using the Takara BKL kit (Takara Shuzo), added to a phenol / chloroform solution and mixed to complete the reaction. After centrifuging the reaction mixture, the top layer was collected, and the DNAs were collected by ethanol precipitation, and separated on a 0.8% agarose gel. A 1.5 kbp DNA fragment was collected using EASY TRAP Ver. 2.
On peut aussi obtenir le gel de résistance à la tétracycline par un procédé de PCR similaire à celui décrit ci-dessus, en utilisant un autre plasmide, par exemple le plasmide pRK2, comme matrice, à la place de pRK310. The tetracycline resistance gel can also be obtained by a PCR method similar to that described above, using another plasmid, for example the plasmid pRK2, as template, in place of pRK310.
On a ligaturé le fragment de vecteur pRSIysE564 préparé comme décrit ci-dessus et le fragment d'ADN contenant le gène de résistance à la tétracycline en utilisant la trousse DNA Ligation Kit Ver. 2 (Takara Shuzo). On a transformé Escherichia coli (cellules compétentes de E. coli JM109, Takara Shuzo) avec cette solution de réaction de ligature, on les a appliqués sur du milieu gélosé LB contenant 20 mg/L de streptomycine et 15 mg/L de tétracycline et on a cultivé pendant une nuit à 37 C. On a inoculé les colonies qui sont apparues sur le milieu gélosé à du milieu liquide LB contenant 20 mg/L de streptomycine et 15 mg/L de tétracycline et on a cultivé à 37 C pendant 8 h sous agitation. On a extrait The pRSIysE564 vector fragment prepared as described above and the DNA fragment containing the tetracycline resistance gene were ligated using the DNA Ligation Kit Ver. 2 (Takara Shuzo). Escherichia coli (competent cells of E. coli JM109, Takara Shuzo) were transformed with this ligation reaction solution, applied to LB agar medium containing 20 mg / L streptomycin and 15 mg / L tetracycline and cultured overnight at 37 C. The colonies that appeared on the agar medium were inoculated into LB liquid medium containing 20 mg / L streptomycin and 15 mg / L tetracycline and cultured at 37 C for 8 h. with stirring. We extracted
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l'ADN plasmidique de chaque bouillon de culture au moyen du procédé alcali-SDS, et on a confirmé la structure de chaque plasmide par digestion avec des enzymes de restriction pour obtenir pRS-lysE564-Tc. the plasmid DNA of each culture broth using the alkali-SDS method, and the structure of each plasmid was confirmed by digestion with restriction enzymes to obtain pRS-lysE564-Tc.
(2) Introduction de pRS-lysE564-Tc dans une bactérie Methylobacillus et production de L-aminoacides
On a introduit pRS-lysE564-Tc obtenu comme décrit ci-dessus dans la souche de Methylobacillus glycogenes NCIMB11375 par électroporation (Canadian Journal of Microbiology, 43, 197 (1997)). A titre de témoin, on a introduit de même pRK310 dans la souche de Methylobacillus glycogenes NCIMB11375. A titre de résultat, on a obtenu des colonies contenant pRS-lysE564-Tc sensiblement à la même fréquence que celle obtenue avec le témoin pRK310. (2) Introduction of pRS-lysE564-Tc into a Methylobacillus bacterium and production of L-amino acids
PRS-lysE564-Tc obtained as described above in the strain Methylobacillus glycogenes NCIMB11375 was introduced by electroporation (Canadian Journal of Microbiology, 43, 197 (1997)). As a control, pRK310 was likewise introduced into the strain Methylobacillus glycogenes NCIMB11375. As a result, colonies containing pRS-lysE564-Tc were obtained at substantially the same frequency as that obtained with the pRK310 control.
On a construit pRSIysET en insérant une région du gène de résistance à la tétracycline dans le plasmide pRSIysE contenant lysE de type sauvage de la même manière que pour pRS-lysE564-Tc, et on a tenté de l'introduire dans la souche Methylobacillus glycogenes de la même manière. Cependant, on n'a obtenu aucune souche le contenant. Il s'agit du même phénomène que celui observé dans le cas de la souche de Methylophilus methylotrophus AS1, et on a estimé que lyse de type sauvage n'était pas fonctionnel non plus dans les bactéries Methylobacillus. PRSIysET was constructed by inserting a region of the tetracycline resistance gene into the wild-type lysE-like plasmid pRSIysE in the same manner as for pRS-lysE564-Tc, and an attempt was made to introduce it into the strain Methylobacillus glycogenes. the same way. However, no strain containing it was obtained. This is the same phenomenon as observed in the case of the strain Methylophilus methylotrophus AS1, and it has been estimated that wild-type lysis was also non-functional in Methylobacillus bacteria.
On a appliqué la souche de Methylobacillus glycogenes NCIMB11375 contenant pRS-lysE564-Tc sur une boîte de SEII contenant 10 mg/L de tétracycline et on a cultivé pendant une nuit à 30 C. Puis, on a prélevé par grattage les cellules sur environ 10 cm2 de la surface du milieu et on les a inoculées à du milieu de production SEII (20 ml) contenant 10 mg/L de tétracycline et on a cultivé à 30 C pendant 60 h en agitant. Après la fin de la culture, on a retiré les cellules par centrifugation, et on a quantifié la concentration de L-lysine contenue dans le surnageant de culture au moyen d'un analyseur d'aminoacides (chromatographie liquide à haute performance, Nihon Bunko). Les résultats obtenus sont présentés dans le tableau 3 ci-dessous. The strain Methylobacillus glycogenes NCIMB11375 containing pRS-lysE564-Tc was applied to a SEII dish containing 10 mg / L tetracycline and grown overnight at 30 C. The cells were then scraped from about 10 cm.sup.2 of the surface of the medium and inoculated into SEII production medium (20 ml) containing 10 mg / L tetracycline and cultured at 30 ° C. for 60 h with stirring. After the end of the culture, the cells were removed by centrifugation, and the concentration of L-lysine contained in the culture supernatant was quantified by means of an amino acid analyzer (high performance liquid chromatography, Nihon Bunko). . The results obtained are shown in Table 3 below.
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Tableau 3
Table 3
<tb>
<tb> Souche <SEP> bactérienne <SEP> Quantité <SEP> de <SEP> L-lysine <SEP> produite <SEP> (g/L)
<tb> NCIMB11375/pRK310 <SEP> 0,10
<tb> NCIMB11375/pRS-lysE564-Tc <SEP> 1,40
<tb>
(3) Construction de pRS-lysE564-dapA-Tc
On a constaté que la L-lysine s'accumulait dans un milieu du fait de l'introduction du gène lysE564 dans la souche de Methylobacillus glycogenes. On a considéré que ceci était dû à une augmentation de la sécrétion de L-lysine. <Tb>
<tb> Bacterial <SEP> Strain <SEP> Quantity <SEP> of <SEP> L-Lysine <SEP> Produced <SEP> (g / L)
<tb> NCIMB11375 / pRK310 <SEP> 0.10
<tb> NCIMB11375 / pRS-lysE564-Tc <SEP> 1.40
<Tb>
(3) Construction of pRS-lysE564-dapA-Tc
L-lysine was found to accumulate in a medium due to the introduction of the lysE564 gene into the Methylobacillus glycogenes strain. This was considered to be due to increased secretion of L-lysine.
Ainsi, on a examiné de la même manière que dans l'exemple 2 l'effet d'augmentation de l'expression d'un gène de biosynthèse de la Llysine et du gène lysE564 en combinaison dans Methylobacillus glycogenes. Thus, the effect of increasing the expression of a Lysine biosynthesis gene and the lysE564 gene in combination in Methylobacillus glycogenes was examined in the same manner as in Example 2.
On a construit un plasmide en incorporant un gène de résistance à la tétracycline dans le plasmide pRSIysE564dapA préparé dans l'exemple 2 (2) par le même procédé que dans l'exemple 3 (1). On a appelé le plasmide obtenu pRS-lysE564-dapA-Tc. A plasmid was constructed by incorporating a tetracycline resistance gene into the plasmid pRSIysE564dapA prepared in Example 2 (2) by the same method as in Example 3 (1). The plasmid obtained pRS-lysE564-dapA-Tc was called.
(4) Introduction du plasmide pRS-lysE564-dapA-Tc dans Methylobacillus glycogenes et production de L-aminoacides
On a introduit pRS-lysE564-dapA-Tc obtenu de la manière décrite ci-dessus dans la souche de Methylobacillus glycogenes NCIMB11375 par électroporation. On a examiné la concentration de L-aminoacides dans les surnageants des bouillons de culture pour la souche transformante obtenue (appelée également "NCIMB11375/pRSlysE564-dapA-Tc"), la souche de Methylobacillus glycogenes mentionnée ci-dessus, dans laquelle pRS-lysE564-Tc a été introduit (appelée
également "NCIMB1 1375/pRS-lysE564-Tc") et la souche de Methylobacillus glycogenes dans laquelle le plasmide pRK310 a été introduit à titre de témoin (appelée également "NCIMB11375/pRK310"). (4) Introduction of the pRS-lysE564-dapA-Tc plasmid into Methylobacillus glycogenes and production of L-amino acids
PRS-lysE564-dapA-Tc obtained as described above in the strain Methylobacillus glycogenes NCIMB11375 was introduced by electroporation. The concentration of L-amino acids in the supernatants of the culture broths was examined for the resulting transformant strain (also referred to as "NCIMB11375 / pRSlysE564-dapA-Tc"), the strain of Methylobacillus glycogenes mentioned above, in which pRS-lysE564 -Tc has been introduced (called
also "NCIMB1 1375 / pRS-lysE564-Tc") and the strain of Methylobacillus glycogenes in which the plasmid pRK310 was introduced as a control (also called "NCIMB11375 / pRK310").
On a cultivé chaque souche transformante sur une boîte de SEII contenant 10 mg/L de tétracycline pendant 2 jours à 30 C. Puis, on a prélevé par grattage les cellules sur 10 cm2 de la surface du milieu et on les a inoculées à du milieu de production SEII (20 ml) contenant 10 mg/L Each transformant strain was cultured on a SEII dish containing 10 mg / L tetracycline for 2 days at 30 C. Then the cells were scraped off on 10 cm 2 of the surface of the medium and inoculated into medium. SEII (20 ml) containing 10 mg / L
<Desc/Clms Page number 39><Desc / Clms Page number 39>
de tétracycline et on les a cultivées à 30 C pendant 60 h sous agitation. of tetracycline and cultured at 30 C for 60 h with stirring.
Après la fin de la culture, on a retiré les cellules d'une partie du bouillon de culture par centrifugation, et on a quantifié les concentrations de L-aminoacides contenues dans le surnageant de culture en utilisant un analyseur d'aminoacides. After the end of the culture, the cells were removed from a portion of the culture broth by centrifugation, and the concentrations of L-amino acids contained in the culture supernatant were quantified using an amino acid analyzer.
Les résultats obtenus sont présentés dans le tableau 4 ci-dessous. Une quantité marquée de L-lysine s'est accumulée dans le
milieu contenant la souche NCIMB11375/pRS-lysES64-dapA-Tc. L'accumulation de L-lysine dans le milieu contenant la souche NCIMB11375/pRS-lysE564-dapA-Tc était améliorée par rapport au cas où seul pRSIysE564T avait été introduit. On considère que la limitation du taux de sécrétion était éliminée du fait de l'introduction du gène lysE564, et que l'effet de stimulation du gène dapA* était manifesté de manière synergique. The results obtained are shown in Table 4 below. A marked amount of L-lysine has accumulated in the
medium containing the NCIMB11375 / pRS-lysES64-dapA-Tc strain. The accumulation of L-lysine in the medium containing the strain NCIMB11375 / pRS-lysE564-dapA-Tc was improved compared to the case where only pRSIysE564T had been introduced. It is considered that the limitation of the secretion rate was eliminated due to the introduction of the lysE564 gene, and that the stimulation effect of the dapA * gene was synergistically manifested.
Tableau 4
Table 4
<tb>
<tb> Souche <SEP> bactérienne <SEP> Concentration <SEP> de <SEP> L-lysine <SEP> dans <SEP> le
<tb> surnageant <SEP> de <SEP> culture <SEP> (g/L)
<tb> NCIMB11375/pRK310 <SEP> 0,20
<tb> NCIMB11375/pRSIysE564T <SEP> 1,40
<tb> NCIMB11375/pRS-lysE564-dapA-Tc <SEP> 1,62
<tb> <Tb>
<tb> Bacterial <SEP> Strain <SEP><SEP> Concentration of <SEP> L-Lysine <SEP> in <SEP>
<tb> supernatant <SEP> of <SEP> culture <SEP> (g / L)
<tb> NCIMB11375 / pRK310 <SEP> 0.20
<tb> NCIMB11375 / pRSIysE564T <SEP> 1.40
<tb> NCIMB11375 / pRS-lysE564-dapA-Tc <SEP> 1.62
<Tb>
Légende de la liste de séquences annexée : SEQ ID NO: 1 : séquence nucléotidique de lysE de type sauvage SEQ ID NO: 2 : séquence d'aminoacides de LysE de type sauvage SEQ ID NO: 3 : séquence nucléotidique de dapA de type sauvage SEQ ID NO: 4 : séquence d'aminoacides de DDPS de type sauvage SEQ ID NOS : et 6 : pour mutation par mutagenèse spécifique de lysE562 SEQ ID NOS : et 8 : pour amplification du promoteur tac SEQ ID NOS : et 10 : pour le clonage de lyse SEQ ID NOS: 11 et 12 : amorces pour le clonage de dapA* SEQ ID NOS : et 14 : amorces pour l'amplification de la région du gène de résistance de la tétracyclineEnclosed sequence list legend: SEQ ID NO: 1: Wild type lysE nucleotide sequence SEQ ID NO: 2: Wild type LysE amino acid sequence SEQ ID NO: 3: SEQ wild-type dapA nucleotide sequence ID NO: 4: wild-type DDPS amino acid sequence SEQ ID NOS: and 6: for mutation by specific mutagenesis of lysE562 SEQ ID NOS: and 8: for amplification of tac promoter SEQ ID NOS: and 10: for cloning Lysing SEQ ID NOS: 11 and 12: primers for cloning dapA * SEQ ID NOS: and 14: primers for amplifying the region of the tetracycline resistance gene
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